UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENERGIA
ANDRÉ RICARDO MOCELIN
QUALIFICAÇÃO PROFISSIONAL E CAPACITAÇÃO
LABORATORIAL EM SISTEMAS FOTOVOLTAICOS
São Paulo
2014
ANDRÉ RICARDO MOCELIN
QUALIFICAÇÃO PROFISSIONAL E CAPACITAÇÃO
LABORATORIAL EM SISTEMAS FOTOVOLTAICOS
Tese apresentada ao Programa de PósGraduação em Energia do Instituto de
Energia e Ambiente da Universidade de
São Paulo para obtenção do título de
Doutor em Ciências no Programa de
Energia.
Orientador: Prof. Dr. Roberto Zilles
Versão Corrigida
(Versão original disponível na Biblioteca da Unidade que aloja o Programa e na Biblioteca Digital de
Teses e Dissertações da USP)
São Paulo
2014
AUTORIZO A REPRODUÇÃO E DIVULGAÇÃO TOTAL OU PARCIAL DESTE
TRABALHO, POR QUALQUER MEIO CONVENCIONAL OU ELETRÔNICO, PARA FINS
DE ESTUDO E PESQUISA, DESDE QUE CITADA A FONTE.
FICHA CATALOGRÁFICA
Mocelin, André Ricardo.
Qualificação profissional e capacitação laboratorial em
sistemas fotovoltaicos./ André Ricardo Mocelin; orientador:
Roberto Zilles. – São Paulo, 2014.
299 f.: il.; 30 cm.
Tese (Doutorado em Ciência) – Programa de Pós-Graduação em
Energia – Instituto de Energia e Ambiente da Universidade de São Paulo.
1. Energia solar. 2. Qualificação profissional. 3. Sistemas
fotovoltaicos.
UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENERGIA
ANDRÉ RICARDO MOCELIN
“Qualificação profissional e capacitação laboratorial em sistemas
fotovoltaicos”
Tese defendida e aprovada pela Comissão Julgadora:
Prof. Dr. Roberto Zilles – PPGE/USP
Orientador e Presidente da Comissão Julgadora
Profa. Dra. Eliane Aparecida Faria Amaral Fadigas – EP/USP
Prof. Dr. Murilo Tadeu Werneck Fagá – PPGE/USP
Prof. Dr. Federico Bernardino Morante Trigoso – UFABC
Prof. Dr. João Tavares Pinho – UFPA
DEDICATÓRIA
Aos meus pais, Ricardo e Isabel, pela
educação que me propiciaram e pelo
incentivo mesmo distantes.
Às minhas irmãs, Patrícia, Lilian e Pâmela,
e ao meu irmão, Luís, pela compreensão
com minhas ausências e pelo apoio
incondicional.
À minha esposa, Cássia, por cuidar da
família, me proporcionando tranquilidade
para me dedicar a este trabalho.
Aos meus filhos, André e Beatriz, pelos
momentos plenos de felicidade que me
proporcionam sempre.
AGRADECIMENTOS
Ao professor Roberto Zilles, pelos inestimáveis ensinamentos na área, pela
confiança e pelo apoio que sempre deu à minha carreira acadêmica e profissional.
Ao professor Adnei Melges de Andrade pelo constante incentivo às pesquisas em
energia solar fotovoltaica realizadas no Instituto de Energia e Ambiente da USP.
Aos amigos do Laboratório de Sistemas Fotovoltaicos, com os quais convivi
durante os últimos dez anos e que colaboraram com os conteúdos necessários para
a realização deste trabalho.
À Cássia pelo apoio no período de elaboração e pelo trabalho de revisão desta tese.
À dona Mirian Korolkovas pela presença sempre inteligente e sensata.
Ao Francisco Rocha pelas conversas e pelo exemplo de vida.
Ao Instituto de Energia e Ambiente da Universidade de São Paulo pela estrutura
disponibilizada.
Ao INCT-EREEA pelo trabalho em rede que proporcionou ricas trocas de
experiências.
Ao CNPq e à FAPESP pelo suporte financeiro que têm dado ao Laboratório de
Sistemas Fotovoltaicos da USP desde a sua criação, em 1995, o que possibilitou a
concretização de vários sistemas fotovoltaicos mostrados nesta tese.
À CAPES pelas bolsas de doutorado, mestrado e inúmeras outras concedidas a
pesquisadores e estudantes, contribuindo para formação de recursos humanos no
Laboratório de Sistemas Fotovoltaicos da USP.
À CTEEP e à CESP pelo suporte ao projeto de P&D ANEEL 0068-0029/2011 –
Desenvolvimento de competências e avaliação de arranjos técnicos e comerciais em
geração distribuída com sistemas fotovoltaicos conectados à rede, que possibilitou a
ampliação da estrutura física e laboratorial da Unidade de Capacitação Tecnológica
do LSF-IEE-USP e contribuiu para a realização de cursos de formação profissional
em sistemas fotovoltaicos.
SUMÁRIO
RESUMO .....................................................................................................................................10
ABSTRACT .................................................................................................................................12
LISTA DE FIGURAS .................................................................................................................14
LISTA DE TABELAS ................................................................................................................27
LISTA DE SIGLAS.....................................................................................................................30
Introdução .................................................................................................................................33
1.
2.
3.
Energia solar fotovoltaica .........................................................................................39
1.1.
Conceitos e fundamentos ...................................................................... 42
1.2.
Panorama mundial ................................................................................. 54
1.3.
Cenário brasileiro ................................................................................... 56
Capacitação de estrutura laboratorial .................................................................61
2.1.
Unidade de Capacitação Tecnológica do LSF-IEE-USP ................ 63
2.2.
Acreditação de laboratório para ensaios ........................................ 72
2.3.
Sistemas fotovoltaicos para bombeamento de água ................... 99
2.4.
Sistemas fotovoltaicos para tratamento de água ...................... 109
2.5.
Sistemas fotovoltaicos para produção de gelo ........................... 118
2.6.
Sistemas fotovoltaicos para eletrificação domiciliar .............. 129
2.7.
Sistemas fotovoltaicos para conexão à rede elétrica ............... 137
2.8.
Sistemas híbridos para geração de energia elétrica ................ 152
Qualificação de recursos humanos..................................................................... 190
3.1.
Políticas de qualificação profissional ............................................ 192
3.2.
Iniciativas de qualificação no Brasil .............................................. 195
3.3.
Experiências de formação do LSF-IEE-USP .................................. 198
3.4.
Conteúdos curriculares ...................................................................... 214
3.4.1 Planejamento e gestão de projetos ....................................................... 215
3.4.2 Instalação e manutenção de sistemas .................................................. 239
3.4.3 Pesquisa e desenvolvimento ................................................................... 283
Conclusão ................................................................................................................................ 288
Referências bibliográficas ................................................................................................ 293
RESUMO
MOCELIN, A. R. Qualificação profissional e capacitação laboratorial em sistemas
fotovoltaicos. 2014. 299 p. Tese de Doutorado. Programa de Pós-Graduação em
Energia. Universidade de São Paulo.
Este trabalho utiliza a experiência do Laboratório de Sistemas Fotovoltaicos do
Instituto de Energia e Ambiente da Universidade de São Paulo (LSF-IEE-USP) para
propor meios efetivos para qualificação de recursos humanos, dentro de
laboratórios com qualidade reconhecida, com o intuito de aumentar a quantidade
de especialistas na área. Para tanto, foi criado um local, na forma de laboratório,
denominado Unidade de Capacitação Tecnológica, composto por sistemas
fotovoltaicos isolados e conectados à rede e por duas minirredes híbridas de
geração de energia (solar, diesel e rede elétrica), com sistemas de monitoramento
próprios, que permitem a avaliação de diferentes estratégias de operação de
sistemas fotovoltaicos. Tal Unidade foi concebida sob uma perspectiva didática,
para possibilitar a apropriação das habilidades técnicas e conhecimentos
tecnológicos necessários para: a) atuar nas diversas ocupações demandadas pelo
setor (instaladores, projetistas e engenheiros); b) desenvolver pesquisas na área
(especializações, mestrados e doutorados); e c) prestar suporte para iniciativas
interessadas na aplicação da tecnologia fotovoltaica (ensaios, consultorias e
treinamentos). A apresentação da Unidade conta com a descrição dos materiais,
ferramentas, instrumentos e procedimentos utilizados para a acreditação dos
laboratórios
que
a
compõem,
permitindo
demonstrar
a
confiabilidade,
credibilidade e universalidade de seus processos, especialmente no que se refere à
realização de ensaios de conformidade em equipamentos fotovoltaicos. O trabalho
também investiga iniciativas de capacitação que estão sendo realizadas em outras
universidades, escolas técnicas e iniciativa privada, para compreender o perfil dos
profissionais atuantes no mercado. A ideia é demonstrar o quanto é fundamental a
criação de uma forma de certificação ou uma política instrutiva para a capacitação
dos profissionais de sistemas fotovoltaicos, de forma a promover as boas práticas e
inibir aquelas que comprometam a credibilidade da tecnologia. Esta tese
demonstra que laboratórios capacitados, como a Unidade descrita neste trabalho,
apresentam os elementos necessários para produção e divulgação de
conhecimentos,
desenvolvimento
de
produtos,
prestação de
serviços
e
treinamento de profissionais requeridos para a expansão do setor, podendo
colaborar para a consolidação da energia fotovoltaica como uma alternativa eficaz
e confiável no cenário energético brasileiro.
Palavras-chave: capacitação laboratorial, qualificação profissional, energia solar,
sistemas fotovoltaicos, sistemas híbridos, minirredes.
ABSTRACT
MOCELIN, A. R Professional and laboratory qualification in photovoltaic
systems:. 2014. 299 p. PhD. Thesis. Postgraduate Program in Energy. University of
São Paulo.
This work uses the experience of the Photovoltaic Systems Laboratory of the
Institute for Energy and Environment of the University of São Paulo (LSF-IEE-USP)
to propose effective ways for the qualification of human resources within
laboratories with recognized quality, in order to increase the amount of experts.
Thus, a site was created in the form of laboratory, named Technology Skills Unit,
composed of individual photovoltaic systems and two hybrid power systems
(solar, diesel and power grid), with monitoring systems that allows evaluation of
different operating of photovoltaic systems. This unit is designed in a didactic
perspective to enable the appropriation of technical skills and technological
knowledge necessary for: a) act in different occupations demanded by the sector
(installers, designers and engineers), b) develop research in the area and c)
provide support for initiatives interested in the application of photovoltaic
technology. The presentation of the Unit has the description of the materials, tools,
instruments and procedures for the accreditation of laboratories that comprise it,
allowing demonstrate the reliability, credibility and universality of its processes,
especially with regard to the testing of conformity in photovoltaic equipment. This
study also investigates training initiatives being undertaken at other universities,
technical schools, and private initiative to understand the profile of the
professionals working in the market. The idea is to demonstrate how essential is
the creation of a form of certification or an instructive policy for the professional of
photovoltaic in order to promote good practice and inhibit those that undermine
the credibility of technology. This thesis demonstrates that trained laboratory
personnel with the structure proposed in this paper and accredited as is described,
presents the necessary elements for the dissemination of technical and scientific
knowledge required to qualify professionals specializing in photovoltaic
applications, and may contribute to the consolidation of photovoltaic solar energy
as effective and reliable alternative to the energy scenario that is imposed in Brazil
today.
Keywords: laboratory qualification, professional qualification, solar energy,
photovoltaic systems, hybrid systems, minigrids.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1: Principais diferenças entre coletor solar e módulo fotovoltaico. ................41
Figura 2: Principais aplicações da energia solar fotovoltaica no mundo. ....................46
Figura 3: Sistema fotovoltaico para bombeamento de água. ............................................47
Figura 4: Sistema fotovoltaico para dessalinização de água. ............................................48
Figura 5: Sistema fotovoltaico para produção de gelo. .......................................................49
Figura 6: Sistema fotovoltaico para eletrificação domiciliar. ...........................................50
Figura 7: Sistema fotovoltaico para conexão à rede elétrica. ...........................................51
Figura 8: Representação da matriz elétrica brasileira. .......................................................52
Figura 9: Sistema híbrido para geração de energia elétrica. .............................................53
Figura 10: Representação da estrutura física do LSF-IEE-USP. .......................................66
Figura 11: Laboratório para ensaios em equipamentos de sistemas fotovoltaicos
isolados – foto. .........................................................................................................................67
Figura 12: Laboratório para ensaios em equipamentos de sistemas fotovoltaicos
isolados. ......................................................................................................................................67
Figura 13: Laboratório para ensaios em equipamentos de sistemas fotovoltaicos
conectados à rede elétrica – foto. .....................................................................................68
Figura 14: Laboratório para ensaios em equipamentos de sistemas fotovoltaicos
conectados à rede elétrica. ..................................................................................................68
Figura 15: Campo de prova para ensaios em sistemas fotovoltaicos – foto 1............69
Figura 16: Campo de prova para ensaios em sistemas fotovoltaicos – foto 2............70
Figura 17: Campo de prova para ensaios em sistemas fotovoltaicos –
representação. .........................................................................................................................70
Figura 18: Sala de treinamento em sistemas fotovoltaicos – foto. .................................71
Figura 19: Sala de treinamento em sistemas fotovoltaicos – representação. ............72
Figura 20: Estação meteorológica do LSF-IEE-USP. .............................................................74
Figura 21: Ensaio em módulo fotovoltaico – pré-condicionamento. .............................76
Figura 22: Ensaio em módulo fotovoltaico – inspeção visual. ..........................................77
Figura 23: Ensaio em módulo fotovoltaico –medição a Sol real. .....................................78
Figura 24: Ensaio em módulo fotovoltaico – carga eletrônica e sensores para
medição a Sol real. ..................................................................................................................79
Figura 25: Ensaio em módulo fotovoltaico – simulador solar do LSF-IEE-USP.........80
Figura 26: Ensaio em módulo fotovoltaico – sala escura do simulador solar. ...........80
Figura 27: Ensaio em módulo fotovoltaico – lâmpada Xenon do simulador solar....81
Figura 28: Ensaio em módulo fotovoltaico – estrutura de suporte para módulo e
célula de referência do simulador solar.........................................................................82
Figura 29: Ensaio em módulo fotovoltaico – curva medida e etiqueta de eficiência
do INMETRO. ............................................................................................................................83
Figura 30: Ensaio em módulo fotovoltaico – isolamento elétrico...................................84
Figura 31: Bancada de ensaios para controladores de carga e descarga. ....................86
Figura 32: Bancada de ensaios em inversores c.c./c.a. para sistemas fotovoltaicos
isolados. ......................................................................................................................................89
Figura 33: Bancada de ensaios em inversores c.c./c.a. para sistemas fotovoltaicos
conectados à rede elétrica. ..................................................................................................92
Figura 34: Sistema fotovoltaico para bombeamento de água – configuração com
conversor de frequência. .....................................................................................................99
Figura 35: Sistema fotovoltaico para bombeamento de água – configuração com
sistema híbrido. .................................................................................................................... 100
Figura 36: Sistemas fotovoltaicos para bombeamento de água –geradores
fotovoltaicos. ......................................................................................................................... 101
Figura 37: Sistemas fotovoltaicos para bombeamento de água – montagem de
ensaio com coluna de água conhecida. ........................................................................ 102
Figura 38: Sistemas fotovoltaicos para bombeamento de água – bancada para
ensaios de operacionalidade e disponibilidade. ...................................................... 103
Figura 39: Sistemas fotovoltaicos para bombeamento de água – representação da
bancada para ensaios. ........................................................................................................ 104
Figura 40: Sistemas fotovoltaicos para bombeamento de água – quadro elétrico
com conversor de frequência.......................................................................................... 105
Figura 41: Sistemas fotovoltaicos para bombeamento de água – quadro elétrico
para conexão com o sistema híbrido. .......................................................................... 105
Figura 42: Sistemas fotovoltaicos para bombeamento de água – alguns conversores
de frequência e motobombas testados........................................................................ 106
Figura 43: Sistemas fotovoltaicos para bombeamento de água – aquisição de dados.
..................................................................................................................................................... 107
Figura 44: Sistemas fotovoltaicos para bombeamento de água – gráfico
operacional............................................................................................................................. 108
Figura 45: Sistema fotovoltaico para dessalinização de água – configuração como
sistema individual com bateria. ..................................................................................... 110
Figura 46: Sistema fotovoltaico para dessalinização de água – configuração com
sistema híbrido. .................................................................................................................... 111
Figura 47: Sistema fotovoltaico para dessalinização de água do LSF-IEE-USP. ..... 112
Figura 48: Sistema fotovoltaico para dessalinização de água – bancada de ensaio.
..................................................................................................................................................... 113
Figura 49: Sistema fotovoltaico para dessalinização de água – equipamento
dessalinizador. ...................................................................................................................... 114
Figura 50: Sistema fotovoltaico para dessalinização de água – detalhes do
dessalinizador. ...................................................................................................................... 114
Figura 51: Ensaios em sistemas fotovoltaicos para dessalinização de água –
aquisição de dados. ............................................................................................................. 116
Figura 52: Ensaios em sistemas fotovoltaicos para dessalinização de água – gráfico
operacional............................................................................................................................. 116
Figura 53: Sistema fotovoltaico para produção de gelo – configuração com
conversor de frequência. .................................................................................................. 119
Figura 54: Sistema fotovoltaico para produção de gelo – configuração com sistema
híbrido...................................................................................................................................... 120
Figura 55: Sistema fotovoltaico para produção de gelo – gerador fotovoltaico..... 121
Figura 56: Sistema fotovoltaico para produção de gelo – máquina de gelo do LSFIEE-USP. ................................................................................................................................... 121
Figura 57: Sistema fotovoltaico para produção de gelo – motor e compressor. .... 122
Figura 58: Sistema fotovoltaico para produção de gelo – quadros elétricos para as
configurações com sistema híbrido e com conversor de frequência. ............. 123
Figura 59: Sistema fotovoltaico para produção de gelo – diagrama em blocos. .... 124
Figura 60: Sistema fotovoltaico para produção de gelo – circuito refrigerante da
máquina para produção de gelo. ................................................................................... 124
Figura 61: Sistema fotovoltaico para produção de gelo – compartimento interno e
fôrmas da máquina de gelo. ............................................................................................. 125
Figura 62: Sistema fotovoltaico para produção de gelo – gelo produzido em um dia.
..................................................................................................................................................... 126
Figura 63: Sistema fotovoltaico para produção de gelo – aquisição de dados........ 126
Figura 64: Sistema fotovoltaico para produção de gelo – gráfico operacional. ...... 127
Figura 65: Sistema fotovoltaico para eletrificação domiciliar – configuração com
sistema individual. .............................................................................................................. 130
Figura 66: Sistema fotovoltaico para eletrificação domiciliar – configuração com
sistema híbrido. .................................................................................................................... 131
Figura 67: Sistema fotovoltaico para eletrificação domiciliar do LSF-IEE-USP –
protótipo de escola rural. ................................................................................................. 132
Figura 68: Sistema fotovoltaico para eletrificação domiciliar – instalações internas.
..................................................................................................................................................... 133
Figura 69: Sistema fotovoltaico para eletrificação domiciliar – vista do abrigo para
baterias e da caixa de água da habitação. ................................................................... 134
Figura 70: Ensaios em sistemas fotovoltaicos para eletrificação domiciliar –
aquisição de dados. ............................................................................................................. 135
Figura 71: Ensaios em sistemas fotovoltaicos para eletrificação domiciliar – gráfico
operacional............................................................................................................................. 135
Figura 72: Sistema fotovoltaico para conexão à rede elétrica de uma concessionária
de energia. .............................................................................................................................. 138
Figura 73: Sistema fotovoltaico para conexão à rede elétrica – seguidor solar de um
eixo do LSF-IEE-USP. .......................................................................................................... 138
Figura 74: Sistema fotovoltaico para conexão à rede elétrica – estrutura de suporte
e quadro elétrico de controle do seguidor solar de um eixo. ............................. 140
Figura 75: Sistema fotovoltaico para conexão à rede elétrica – quadro elétrico de
controle do seguidor solar de um eixo. ....................................................................... 140
Figura 76: Sistema fotovoltaico para conexão à rede elétrica – diagrama em blocos
da unidade de controle do seguidor solar de um eixo. ......................................... 141
Figura 77: Sistema fotovoltaico para conexão à rede elétrica – fotos dos
componentes da unidade de controle do seguidor solar de um eixo. ............. 142
Figura 78: Sistemas fotovoltaicos para conexão à rede elétrica – seguidores solares
de dois eixos do LSF-IEE-USP. ........................................................................................ 143
Figura 79: Sistemas fotovoltaicos para conexão à rede elétrica – inversores c.c./c.a.
e quadros elétricos dos seguidores de dois eixos. .................................................. 143
Figura 80: Sistemas fotovoltaicos para conexão à rede elétrica – estação
meteorológica dos seguidores de dois eixos. ............................................................ 144
Figura 81: Sistemas fotovoltaicos para conexão à rede elétrica – piranômetros,
esfera de sombreamento e sistema para aquisição e transmissão de dados
dos seguidores de dois eixos. .......................................................................................... 145
Figura 82: Sistemas fotovoltaicos para conexão à rede elétrica – vista dos sistemas
do LSF instalados no terreno, fachada e telhado do prédio de administração
do IEE-USP.............................................................................................................................. 145
Figura 83: Sistemas fotovoltaicos para conexão à rede elétrica – vista da fachada do
prédio de administração do IEE-USP. .......................................................................... 146
Figura 84: Sistemas fotovoltaicos para conexão à rede elétrica – eletrocentro. .... 147
Figura 85: Sistemas fotovoltaicos para conexão à rede elétrica – painel de comando
do inversor instalado no eletrocentro. ........................................................................ 147
Figura 86: Sistemas fotovoltaicos para conexão à rede elétrica – vista do telhado do
prédio de administração do IEE-USP. .......................................................................... 148
Figura 87: Sistemas fotovoltaicos para conexão à rede elétrica – vista de alguns
arranjos e do transformador de 75 kVA. .................................................................... 149
Figura 88: Sistemas fotovoltaicos para conexão à rede elétrica – gráfico
operacional............................................................................................................................. 150
Figura 89: Sistemas fotovoltaicos para conexão à rede elétrica – gráfico
operacional do sistema fotovoltaico do LSF instalado na fachada do prédio da
administração do IEE-USP. .............................................................................................. 151
Figura 90: Sistemas híbridos para geração de eletricidade – minirrede isolada ou
conectada à rede elétrica convencional. ..................................................................... 154
Figura 91: Sistema híbrido para geração de energia elétrica do LSF-IEE-USP –
configuração monofásica. ................................................................................................. 155
Figura 92: Sistema híbrido para geração de energia elétrica – geradores
fotovoltaicos do sistema monofásico. .......................................................................... 156
Figura 93: Sistema híbrido para geração de energia elétrica – componentes do
acoplamento c.c. do sistema monofásico. ................................................................... 157
Figura 94: Sistema híbrido para geração de energia elétrica – inversor bidirecional,
inversores c.c./c.a. de conexão à rede, controlador de carga e quadros
elétricos do sistema monofásico.................................................................................... 157
Figura 95: Sistema híbrido para geração de energia elétrica – quadro de
transferência e gerador a diesel do sistema monofásico. .................................... 158
Figura 96: Sistema híbrido para geração de energia elétrica – aquisição de dados
do sistema monofásico. ..................................................................................................... 158
Figura 97: Sistema híbrido para geração de energia elétrica – tela para visualização
de dados via web do sistema monofásico. .................................................................. 159
Figura 98: Sistema híbrido para geração de energia elétrica – display para
visualização de variáveis do sistema monofásico. .................................................. 159
Figura 99: Sistema híbrido para geração de energia elétrica do LSF-IEE-USP –
configuração trifásica. ........................................................................................................ 161
Figura 100: Sistema híbrido para geração de energia elétrica – geradores
fotovoltaicos para acoplamento c.a. ............................................................................. 162
Figura 101: Sistema híbrido para geração de energia elétrica – inversores de
conexão à minirrede. .......................................................................................................... 162
Figura 102: Sistema híbrido para geração de energia elétrica – geradores
fotovoltaicos para acoplamento c.c. ............................................................................. 163
Figura 103: Sistema híbrido para geração de energia elétrica – outros geradores
fotovoltaicos para acoplamento c.c. ............................................................................. 164
Figura 104: Sistema híbrido para geração de energia elétrica – vista geral dos
equipamentos para acoplamento c.c. ........................................................................... 164
Figura 105: Sistema híbrido para geração de energia elétrica – quadro elétrico para
acoplamento c.c. ................................................................................................................... 165
Figura 106: Sistema híbrido para geração de energia elétrica – controladores de
carga do acoplamento c.c. ................................................................................................. 166
Figura 107: Sistema híbrido para geração de energia elétrica – banco de baterias e
quadro de fusíveis. .............................................................................................................. 166
Figura 108: Sistema híbrido para geração de energia elétrica – quadros elétricos e
inversores bidirecionais. .................................................................................................. 167
Figura 109: Sistema híbrido – gerador a diesel. ................................................................. 169
Figura 110: Sistema híbrido – painel para visualização de variáveis do conjunto
motogerador diesel. ............................................................................................................ 170
Figura 111: Sistema híbrido – quadro elétrico de entrada das fontes c.a................. 171
Figura 112: Sistema híbrido para geração de energia elétrica – transformador de
entrada. .................................................................................................................................... 172
Figura 113: Sistema híbrido para geração de energia elétrica – quadro de
acoplamento entre as fontes. .......................................................................................... 173
Figura 114: Sistema híbrido para geração de energia elétrica – diagrama elétrico
do quadro de acoplamento entre as fontes. .............................................................. 173
Figura 115: Sistema híbrido para geração de energia elétrica – quadro elétrico de
saída c.a. para as cargas..................................................................................................... 174
Figura 116: Sistema híbrido para geração de energia elétrica – transformador de
saída. ......................................................................................................................................... 175
Figura 117: Sistema híbrido para geração de energia elétrica – cargas resistivas.
..................................................................................................................................................... 176
Figura 118: Sistema híbrido trifásico – aquisição de dados. .......................................... 177
Figura 119: Sistema híbrido trifásico – tela de visualização de dados dos
equipamentos SMA. ............................................................................................................ 178
Figura 120: Sistema híbrido para geração de energia elétrica – display para
visualização de variáveis. ................................................................................................. 178
Figura 121: Sistema híbrido trifásico – tela de visualização de dados dos
equipamentos Landys Gyr................................................................................................. 179
Figura 122: Sistema híbrido trifásico – tela de visualização de dados dos
equipamentos Agilent. ....................................................................................................... 180
Figura 123: Sistema híbrido trifásico – tela para visualização de dados de todos os
equipamentos........................................................................................................................ 181
Figura 124: Sistema híbrido trifásico – gráfico operacional 1. ..................................... 181
Figura 125: Sistema híbrido trifásico – gráfico operacional 2. ..................................... 182
Figura 126:Experiências de formação do LSF – aula em comunidade no Alto Rio
Solimões-AM. ......................................................................................................................... 205
Figura 127: Experiências de formação do LSF – aula prática no Vale do Ribeira-SP.
..................................................................................................................................................... 205
Figura 128: Experiências de formação do LSF – aula em assentamento rural no
Pontal do Paranapanema.................................................................................................. 206
Figura 129: Experiências de formação do LSF – aula prática de conexão de módulos
fotovoltaicos. ......................................................................................................................... 206
Figura 130: Experiências de formação do LSF – aula com kits didáticos em
comunidade no Médio Rio Solimões-AM. ................................................................... 207
Figura 131: Experiências de formação do LSF – aula prática com comunitários. . 208
Figura 132: Experiências de formação do LSF – aula com kit didático para alunos
de graduação da USP. ......................................................................................................... 209
Figura 133: Experiências de formação do LSF – aula prática para alunos de
graduação da USP. ............................................................................................................... 209
Figura 134: Experiências de formação do LSF – aula com kit didático na cidade de
Arequipa no Peru. ................................................................................................................ 210
Figura 135: Experiências de formação do LSF – aula prática para alunos na cidade
de Arequipa no Peru. .......................................................................................................... 211
Figura 136: Experiência de formação do LSF – kits didáticos para instalações
elétricas. .................................................................................................................................. 212
Figura 137: Experiências de formação do LSF – kits didáticos para sistemas
fotovoltaicos domiciliares. ............................................................................................... 212
Figura 138: Experiência de formação do LSF – kits didáticos para sistemas
fotovoltaicos conectado à rede elétrica. ..................................................................... 213
Figura 139: Visão sistêmica das inter-relações existentes na instalação e gestão de
sistemas fotovoltaicos........................................................................................................ 230
Figura 140: Planejamento de projetos – embarcações para logística de transporte.
..................................................................................................................................................... 233
Figura 141: Planejamento de projetos – reunião para apresentação da proposta.
..................................................................................................................................................... 234
Figura 142: Planejamento de projetos – verificação da situação pré-eletrificação.
..................................................................................................................................................... 235
Figura 143: Planejamento de projetos – gastos com energéticos preexistentes. .. 235
Figura 144: Planejamento de projetos – diagrama elétrico geral. ............................... 238
Figura 145: Planejamento de projetos – diagrama elétrico da rede de distribuição.
..................................................................................................................................................... 238
Figura 146: Planejamento de projetos – diagrama elétrico da área de geração. ... 239
Figura 147: Instalação de sistemas – mapa do Alto Solimões. ...................................... 242
Figura 148: Instalação de sistemas – conferência dos materiais. ................................ 242
Figura 149: Instalação de bombeamento – vala, canos, quadro elétrico e módulos
fotovoltaicos. ......................................................................................................................... 243
Figura 150: Instalação de bombeamento – vista de um sistema no Alto Rio
Solimões. ................................................................................................................................. 244
Figura 151: Instalação de bombeamento – boca do poço, módulos fotovoltaicos e
caixas de água. ...................................................................................................................... 244
Figura 152: Instalação de bombeamento – água limpa obtida com sistema
fotovoltaico e suja utilizada antes da instalação do sistema. ............................. 245
Figura 153: Instalação de sistema fotovoltaico para radiofonia – poste com
módulos fotovoltaicos........................................................................................................ 246
Figura 154: Instalação de radiofonia – instalação de antenas e fixação de postes.
..................................................................................................................................................... 246
Figura 155: Instalação de radiofonia – antenas e aparelho de rádio. ......................... 247
Figura 156: Instalação de sistemas – mapa da Ilha do Cardoso. .................................. 248
Figura 157: Instalação de sistemas – transporte marítimo............................................ 249
Figura 158: Instalação de sistemas – comunitários e equipe transportando
materiais. ................................................................................................................................ 249
Figura 159: Instalação de sistemas – preparação da estrutura de fixação dos
módulos fotovoltaicos........................................................................................................ 250
Figura 160: Instalação de sistemas – conexão elétrica entre os módulos
fotovoltaicos e preparação do poste para sustentação do arranjo fotovoltaico.
..................................................................................................................................................... 250
Figura 161: Instalação de sistemas – posicionamento e inclinação do arranjo
fotovoltaico. ........................................................................................................................... 251
Figura 162: Instalação de sistemas – baterias. .................................................................... 251
Figura 163: Instalação de sistemas – quadro elétrico no interior de um domicílio.
..................................................................................................................................................... 252
Figura 164: Instalação de sistemas – residência eletrificada com energia solar. .. 253
Figura 165: Instalação de sistemas – equipamentos de uso final de energia. ......... 253
Figura 166: Instalação de sistemas - sistemas fotovoltaicos para uso comunitário
na comunidade de Varadouro......................................................................................... 254
Figura 167: Instalação de sistemas – detalhes da lavanderia fotovoltaica de
Varadouro. .............................................................................................................................. 255
Figura 168: Instalação de sistemas – seguidor solar. ....................................................... 256
Figura 169: Instalação de seguidor solar – posicionamento do poste de sustentação
do arranjo fotovoltaico. ..................................................................................................... 256
Figura 170: Instalação de seguidor solar – arranjos de módulos fotovoltaicos e de
módulos de concentração. ................................................................................................ 257
Figura 171: Instalação de seguidor solar – posicionamento de um arranjo de
módulos fotovoltaicos de concentração. .................................................................... 257
Figura 172: Instalação de seguidor solar – soldagem de partes da estrutura de
sustentação. ........................................................................................................................... 258
Figura 173: Instalação de seguidor solar – vista dos sistemas completos. .............. 258
Figura 174: Instalação de central fotovoltaica – transporte dos materiais.............. 259
Figura 175: Instalação de central fotovoltaica – bases de concreto e estruturas de
fixação. ..................................................................................................................................... 259
Figura 176: Instalação de central fotovoltaica – montagem dos módulos
fotovoltaicos. ......................................................................................................................... 260
Figura 177: Instalação de sistemas sobre telhado – montagem das estruturas. ... 260
Figura 178: Instalação de sistema fotovoltaico para sombreamento de veículos. 261
Figura 179: Comissionamento de sistemas fotovoltaicos - quadro elétrico de
distribuição. ........................................................................................................................... 263
Figura 180: Comissionamento de sistemas fotovoltaicos – medições em sistemas
domiciliares. .......................................................................................................................... 264
Figura 181: Comissionamento de sistemas fotovoltaicos – medições em
conversores de frequência e em sistemas híbridos. .............................................. 265
Figura 182: Comissionamento de sistemas fotovoltaicos – medições em banco de
baterias. ................................................................................................................................... 266
Figura 183: Manutenção de sistemas domiciliares – limpeza de módulos
fotovoltaicos e do abrigo para baterias. ...................................................................... 268
Figura 184: Manutenção de sistemas domiciliares – limpeza de módulos
fotovoltaicos e colocação de vaselina nos bornes das baterias. ........................ 268
Figura 185: Manutenção de sistemas conectados à rede elétrica – lavagem dos
módulos fotovoltaicos de concentração. .................................................................... 269
Figura 186: Manutenção de sistemas domiciliares – substituição do controlador de
carga e descarga. .................................................................................................................. 270
Figura 187: Manutenção de sistemas para bombeamento de água – reparo de boia.
..................................................................................................................................................... 271
Figura 188: Instalação de sistemas fotovoltaicos – principais ferramentas. ........... 276
Figura 189: Instalação de sistemas fotovoltaicos – ferramentas e instrumentos. 276
Figura 190: Instalação de sistemas fotovoltaicos – ferramentas de hidráulica. .... 277
Figura 191: Instalação de sistemas fotovoltaicos – ferramentas de construção civil.
..................................................................................................................................................... 278
Figura 192: Pesquisa e desenvolvimento – automação de bancada para ensaios. 286
LISTA DE TABELAS
Tabela 1: Conjunto das variáveis medidas pela estação meteorológica do LSF-IEEUSP. ..............................................................................................................................................74
Tabela 2: Ensaios de etiquetagem para módulos fotovoltaicos. ......................................75
Tabela 3: Conjunto das variáveis medidas nos ensaios de etiquetagem de módulo
fotovoltaico. ..............................................................................................................................84
Tabela 4: Ensaios de etiquetagem para controladores de carga e descarga. .............86
Tabela 5: Conjunto das variáveis medidas nos ensaios de etiquetagem de
controladores de carga e descarga. .................................................................................87
Tabela 6: Ensaios de etiquetagem em inversores c.c./c.a. para sistemas
fotovoltaicos isolados............................................................................................................89
Tabela 7: Conjunto das variáveis medidas nos ensaios de etiquetagem de
inversores c.c./c.a. para sistemas fotovoltaicos isolados. .......................................91
Tabela 8: Ensaios de etiquetagem em inversores c.c./c.a. para sistemas
fotovoltaicos conectados à rede elétrica. ......................................................................93
Tabela 9: Conjunto das variáveis medidas nos ensaios de etiquetagem de
inversores c.c./c.a. para sistemas fotovoltaicos conectados à rede elétrica. ...94
Tabela 10: Requisitos necessários para a acreditação de laboratório de ensaios em
equipamentos e sistemas fotovoltaicos. ........................................................................95
Tabela 11: Ensaios de operacionalidade e disponibilidade energética realizados em
sistemas fotovoltaicos...........................................................................................................98
Tabela 12: Conjunto das variáveis medidas nos ensaios de sistemas fotovoltaicos
para bombeamento de água do LSF-IEE-USP. .......................................................... 108
Tabela 13: Sistema fotovoltaico para dessalinização de água – características do
dessalinizador. ...................................................................................................................... 115
Tabela 14: Conjunto das variáveis medidas nos ensaios de sistemas fotovoltaicos
para dessalinização de água do LSF-IEE-USP. .......................................................... 117
Tabela 15: Conjunto das variáveis medidas nos ensaios de sistemas fotovoltaicos
para produção de gelo do LSF-IEE-USP. ..................................................................... 128
Tabela 16: Conjunto das variáveis medidas nos ensaios de sistemas fotovoltaicos
domiciliares do LSF-IEE-USP. ......................................................................................... 136
Tabela 17: Conjunto das variáveis medidas nos ensaios de sistemas fotovoltaicos
conectados à rede elétrica do LSF-IEE-USP............................................................... 151
Tabela 18: Conjunto das variáveis medidas nos ensaios de sistemas híbridos de
energia do LSF-IEE-USP. ................................................................................................... 186
Tabela 19: Comparação entre a instalação e gestão de duas configurações de
sistemas fotovoltaicos para bombeamento de água. ............................................. 219
Tabela 20: Comparação entre a instalação e gestão de duas configurações de
sistemas fotovoltaicos para dessalinização de água. ............................................. 221
Tabela 21: Comparação entre a instalação e gestão de duas configurações de
sistemas fotovoltaicos para produção de gelo. ........................................................ 222
Tabela 22: Comparação entre a instalação e gestão de duas configurações de
sistemas fotovoltaicos domiciliares. ............................................................................ 224
Tabela 23: Comparação entre a instalação e gestão de duas configurações de
sistemas fotovoltaicos conectados à rede elétrica. ................................................. 226
Tabela 24: Comparação entre a instalação e gestão de duas configurações de
sistemas híbridos de geração de energia elétrica. .................................................. 227
Tabela 25: Requisitos necessários para a instalação e gestão de sistemas
fotovoltaicos. ......................................................................................................................... 231
Tabela 26: Planejamento de projetos – esforços envolvidos para aquisição de gelo.
..................................................................................................................................................... 236
Tabela 27: Valores de referência estabelecidos pela resolução ANEEL 493/2012
para SIGFI e MIGDI. ............................................................................................................. 237
Tabela 28: Lista genérica de materiais utilizados na instalação de sistemas
fotovoltaicos. ......................................................................................................................... 272
Tabela 29: Lista específica de materiais para a instalação de sistemas fotovoltaicos.
..................................................................................................................................................... 273
Tabela 30: Lista genérica de ferramentas utilizadas na instalação de sistemas
fotovoltaicos. ......................................................................................................................... 274
Tabela 31: Lista específica de ferramentas para a instalação de sistemas
fotovoltaicos. ......................................................................................................................... 275
Tabela 32: Conteúdo programático – nivelamento. .......................................................... 280
Tabela 33: Conteúdo programático – componentes e sistemas fotovoltaicos. ....... 281
Tabela 34: Conteúdo programático – sistemas híbridos. ................................................ 282
LISTA DE SIGLAS
ABENS – Associação Brasileira de Energia Solar.
ABINEE – Associação Brasileira da Indústria Eletroeletrônica.
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas.
ANEEL – Agência Nacional de Energia Elétrica.
ARMINES – Center for Energy & Processes of the Ecole des Mines de Paris.
c.a. – Corrente Alternada.
CBENS – Congresso Brasileiro de Energia Solar.
c.c. – Corrente Contínua.
CEFET – Centro Federal de Educação Tecnológica.
CEPEL - Centro de Pesquisa de Energia Elétrica.
CESP – Companhia Energética de São Paulo.
CGEE – Centro de Gestão e Estudos Estratégicos.
CNPq – Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico.
CONAMA – Conselho Nacional do Meio Ambiente.
CPqD – Centro de Pesquisa e Desenvolvimento em Telecomunicações.
CREA – Conselho Regional de Engenharia e Agronomia.
CRESESB - Centro de Referência para Energia Solar e Eólica Sérgio de Salvo Brito.
CTEEP – Companhia de Transmissão de Energia Elétrica Paulista.
DIC – Duração de Interrupção por Unidade Consumidora.
DOU – Diário Oficial da União.
DPS – Dispositivo de Proteção contra Surto.
ENCE – Etiqueta Nacional de Conservação de Energia do INMETRO.
ERFD – Eletrificação Rural Fotovoltaica Domiciliar.
ETA – Escola Técnica Agrícola.
ETE – Escola Técnica Estadual.
FUNASA – Fundação Nacional de Saúde.
GEDAE – Grupo de Estudos e Desenvolvimento de Alternativas Energéticas.
GPIB – General Purpose Interface Bus.
GTES – Grupo de Trabalho de Energia Solar.
GT-FOT – Grupo de Trabalho Fotovoltaico do INMETRO.
IDEAL – Instituto para o Desenvolvimento das Energias Alternativas na América
Latina.
IDSM – Instituto de Desenvolvimento Sustentável Mamirauá.
IEC – International Electrotechnical Commission.
IEE – Instituto de Energia e Ambiente1.
IFSP – Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de São Paulo.
INCT-EREEA – Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia de Energias Renováveis e
Eficiência Energética da Amazônia.
INMETRO – Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia.
INPA – Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônia.
INPE – Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais.
ISES – International Solar Energy Society.
ISET – Fraunhofer Institute for Wind Energy and Energy System Technology.
ISO – International Organization for Standardization.
LDB – Leis de Diretrizes e Bases da Educação.
LSF – Laboratório de Sistemas Fotovoltaicos.
MIGDI – Microssistema Isolado de Geração e Distribuição de Energia Elétrica.
MME – Ministério de Minas e Energia.
MTE – Ministério do Trabalho e Emprego.
1
Antigo Instituto de Eletrotécnica e Energia.
NBR – Norma Brasileira editada pela ABNT.
NR – Norma Regulamentadora do MTE.
NTUA – National Technical University of Athenas.
OIT – Organização Internacional do Trabalho.
ONS – Operador Nacional do Sistema Elétrico Brasileiro.
PBE – Programa Brasileiro de Etiquetagem do INMETRO.
P&D – Pesquisa e Desenvolvimento.
PNQ – Programa Nacional de Qualificação do Governo Federal.
PRODIST – Procedimentos de Distribuição de Energia Elétrica da ANEEL.
PUC-RS – Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul.
SENAI – Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial.
SFD – Sistema Fotovoltaico Domiciliar.
SIGFI – Sistema Individual de Geração de Energia Elétrica com Fonte Intermitente.
TCU – Tribunal de Contas da União.
UC – Unidade Consumidora.
UFPA – Universidade Federal do Pará.
UFPE – Universidade Federal de Pernambuco.
UFRGS – Universidade Federal do Rio Grande do Sul.
UFRJ – Universidade Federal do Rio de Janeiro.
UFSC – Universidade Federal de Santa Catarina.
UMIST – University of Manchester – Institute of Science and Technology.
USP – Universidade de São Paulo.
33
Introdução
O aumento da demanda de energia e a crescente preocupação ambiental
abrem espaço para a inserção de fontes mais limpas e renováveis na matriz
energética mundial. Entre as alternativas existentes, destaca-se a energia solar,
originária de uma fonte praticamente inesgotável e cuja utilização tem se
acentuado nos últimos anos em função de grandes avanços tecnológicos. No Brasil,
além do alto índice de radiação solar, o histórico de aumento de eficiência, a queda
dos custos e a regulação favorável à instalação de sistemas fotovoltaicos, tanto em
centros urbanos quanto no meio rural, têm impulsionado instituições públicas e
privadas interessadas no desenvolvimento do setor.
Contudo, diversas pesquisas acadêmicas relacionadas à análise de iniciativas
de eletrificação com sistemas fotovoltaicos no Brasil permitiram analisar o
processo de implementação e dispuseram a respeito das dificuldades encontradas
para a consolidação da opção no país, dentre as quais encontra-se a escassez de
mão de obra qualificada para instalação e, sobretudo se pensado em longo prazo,
para a manutenção dos sistemas. Uma das piores consequências da falta de
conhecimento é que ela pode levar projetos de eletrificação a serem mal
projetados e mal executados, influenciando negativamente na reputação da
tecnologia e fazendo com que as aplicações sejam menos absorvidas pelo mercado.
Dessa forma, um grande empecilho para o desenvolvimento do setor no país
é a carência de profissionais especializados e a insuficiência de locais específicos
para sua formação. A presente tese discorre a respeito da capacitação tecnológica
de laboratórios e da qualificação profissional de recursos humanos em energia
solar fotovoltaica, partindo da experiência acumulada em mais de 18 anos de
ensino, pesquisa e extensão do Laboratório de Sistemas Fotovoltaicos do Instituto
de Energia e Ambiente da Universidade de São Paulo (LSF-IEE-USP). Propõe-se
trazer contribuições não só para o processo educativo de caráter exclusivamente
técnico, mas também para a reflexão quanto ao processo formativo e produtivo
envolvido na consolidação desse tipo de energia na matriz energética brasileira.
O empecilho apontado por tais pesquisas revela a falta de investimento em
formação de recursos humanos para atuar em projetos de eletrificação com
34
sistemas fotovoltaicos, ocasionando a falta de profissionais qualificados para
trabalhar em todas as etapas de um processo de implantação e gestão. Isso tem
conduzido a muitos insucessos que afetam a difusão e levam ao descrédito na
eficácia da tecnologia fotovoltaica, causando graves obstáculos à sua expansão na
matriz energética brasileira (ZILLES ET AL., 2009).
Esse quadro de referência está na contramão de manifestações de
instituições, tanto públicas como privadas, apresentadas em publicações da área,
interessadas no desenvolvimento da energia solar fotovoltaica no país. Essas
publicações, além de divulgarem informações a respeito da implantação desse tipo
de energia, fornecem diretrizes necessárias à ampliação de seu uso. É o caso, por
exemplo, da Proposta para a inserção da energia solar na matriz elétrica brasileira,
de junho de 2012, publicada pela Associação Brasileira da Indústria Elétrica e
Eletrônica (ABINEE). Essa associação constituiu, em 2010, o Grupo Setorial de
Sistemas Fotovoltaicos, com o propósito de reunir empresas interessadas na
ampliação do uso dessa energia limpa e renovável no país, de modo a ir além dos
sistemas isolados e outras aplicações especiais, onde tem sido amplamente
utilizada nos últimos anos.
Na publicação supracitada, foi demonstrado que o mercado brasileiro de
geração de energia elétrica a partir do recurso solar é extremamente promissor,
tanto no meio urbano quanto no rural. Dentre os motivos, está o fato de o país
apresentar uma fonte praticamente inesgotável do principal insumo, o Sol, em
razão da sua localização geográfica, e de dispor em seu território da matéria-prima
essencial para a produção do Silício, utilizado na fabricação das células
fotovoltaicas e da eletrônica necessária ao condicionamento de potência.
O problema referente à qualificação de profissionais pode ser observado do
ponto de vista da instalação e manutenção dos sistemas, mas igualmente do
desenvolvimento de uma cadeia nacional de suprimentos fundamentais para sua
consolidação. Esse cenário indica a existência de um amplo espaço para iniciativas
de qualificação dos recursos humanos, pois o conhecimento a respeito da
tecnologia solar fotovoltaica ainda está restrito a poucos especialistas e
pesquisadores da área. Além disso, são poucos os locais que promovem a produção
e a divulgação de conhecimentos sobre essa tecnologia.
35
A formação de profissionais qualificados torna-se ainda mais relevante em
função dos avanços alcançados pelo marco regulatório brasileiro. Desde a criação
da Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL), vários decretos, leis e resoluções
tiveram relação direta ou indireta com o incentivo ao uso de energias renováveis
no Brasil. Nos últimos anos, o contexto político-regulatório sinalizou avanços que
favorecem particularmente a implantação da tecnologia fotovoltaica, como a
aprovação da Lei nº 10.438, de 26 de abril de 2002, que dispõe sobre a
universalização do serviço público de energia elétrica.
Além da lei da universalização, a Resolução ANEEL nº 493, de 05 de junho de
2012, que regulamenta o uso de Sistemas Individuais de Geração de Energia
Elétrica por Fontes Intermitentes (SIGFIs) e de Microssistemas Isolados de
Geração e Distribuição de Energia Elétrica (MIGDIs) para cumprimento das metas
de universalização, e a Resolução nº 482, de 17 de abril de 2012, que estabelece as
condições gerais para o acesso de microgeração e minigeração distribuída aos
sistemas de distribuição de energia elétrica e as regras para o sistema de
compensação das concessionárias, são exemplos dos avanços ocorridos na esfera
normativa.
Uma vez estabelecidas essas regras que viabilizam a implantação em larga
escala da tecnologia fotovoltaica, torna-se fundamental que os novos sistemas
fotovoltaicos sejam instalados adequadamente, comprovando sua viabilidade para
a sociedade. Para que isso ocorra, torna-se evidente a existência de profissionais
qualificados, sendo necessário, para tanto, que a transmissão do conhecimento se
efetive e se expanda. Esta é uma problemática cuja resolução é a criação de
iniciativas para a formação de profissionais especializados em sistemas
fotovoltaicos.
Para que esse propósito se concretize com qualidade é preciso estabelecer
estrutura laboratorial que congregue os elementos necessários para a difusão
desses conhecimentos, constituindo-se como meio efetivo para elevar a
quantidade de profissionais qualificados na tecnologia. Por esse motivo, é
importante reforçar o dispositivo de ensino e pesquisa, fomentando a área solar
fotovoltaica junto às universidades, laboratórios, instituições de ciência e
tecnologia, etc.
36
Além disso, para que uma tecnologia como essa tenha sucesso e atraia
interesse de investidores na produção de matéria prima e de módulos, é preciso
que atinja um maior público consumidor, o que torna necessária sua aceitação pela
sociedade, pois muitas inovações podem ser rejeitadas, mesmo apresentando
soluções técnicas viáveis, por trazerem consigo valores que não correspondem às
aspirações da população (SERPA, 2001). A geração de empregos e o aumento da
renda dentro da cadeia produtiva são fatores que podem colaborar para a
aceitação da tecnologia e consequente expansão do setor. Cabe lembrar que a
produção científica só faz sentido se for voltada para beneficiar a sociedade e
melhorar a qualidade de vida dos indivíduos.
Diante dessas condições de contorno, formula-se a seguinte hipótese: o
estabelecimento de estrutura laboratorial para qualificação de recursos humanos e
a socialização de procedimentos técnicos padronizados são instrumentos que
potencializam a difusão das aplicações fotovoltaicas.
O presente trabalho se propõe então a abarcar essas duas necessidades: a
estruturação de laboratórios e a qualificação de recursos humanos. Tais finalidades
foram atendidas por meio da criação de um local, na forma de laboratório,
denominado Unidade de Capacitação Tecnológica, composta pelos sistemas
fotovoltaicos implementados no LSF-IEE-USP desde sua fundação e por duas
minirredes híbridas de geração de energia (solar, diesel, rede elétrica), com
sistemas de controle e monitoramento que permitem avaliar diferentes estratégias
de operação e gestão desses sistemas, cujas instalações foram realizadas durante o
desenvolvimento desta tese.
A Unidade de Capacitação Tecnológica descrita constitui-se então como um
centro de difusão dos conhecimentos científicos e tecnológicos, treinamento de
profissionais e desenvolvimento de produtos e serviços, ou seja, um local para
centralização e difusão do saber e da prática sobre energia solar fotovoltaica.
O objetivo geral desta pesquisa de doutorado é apresentar os procedimentos
utilizados e os aprendizados obtidos no estabelecimento da estrutura laboratorial
dessa Unidade, com foco no treinamento de profissionais, no desenvolvimento de
pesquisas na área e na realização de ensaios de conformidade em componentes e
sistemas fotovoltaicos.
37
Para tanto, foi realizado o levantamento das pesquisas aplicadas para
implementação de todos os sistemas dessa estrutura, a fim de descrever tais
sistemas e os procedimentos utilizados em sua instalação e gestão. As
metodologias utilizadas em sua construção permitem a proposição de ementas de
conteúdos para as diferentes esferas da capacitação em sistemas fotovoltaicos,
auxiliando na qualificação profissional de recursos humanos aptos a: a)
desenvolver pesquisas na área em nível de especialização, mestrado e doutorado;
b) atuar nas diversas ocupações demandadas pelo setor, como instaladores,
projetistas e engenheiros; e c) prestar suporte para iniciativas interessadas na
aplicação da tecnologia fotovoltaica.
Além disso, foram pesquisadas iniciativas de capacitação existentes,
realizadas em outras universidades, escolas técnicas e iniciativa privada, para
compreender o perfil dos profissionais atuantes no mercado. O resultado obtido
demonstra que é fundamental a criação de uma forma de certificação ou uma
política instrutiva para tais iniciativas, de forma a promover as boas práticas e
inibir aquelas que comprometam a credibilidade da tecnologia.
Tendo exposto o objetivo desta tese e os principais aspectos nela abordados,
segue uma breve apresentação dos capítulos que a compõem.
O primeiro capítulo traça um panorama da energia solar fotovoltaica,
apresentando os principais conceitos e fundamentos da tecnologia e discorrendo a
respeito de sua evolução no cenário mundial e de suas perspectivas no Brasil, com
diretrizes que apontam caminhos possíveis para a sua expansão na matriz elétrica
do país.
O segundo trata da capacitação de laboratórios especializados em sistemas
fotovoltaicos, utilizando como base a estrutura física do LSF-IEE-USP, utilizada
como referência por possuir os requisitos necessários para a obtenção da
acreditação laboratorial junto a organismos metrológicos. Para sua descrição,
realizou-se uma síntese dos trabalhos e pesquisas desenvolvidos por diversos
profissionais e pesquisadores que contribuíram para sua constituição.
O terceiro capítulo apresenta as contribuições para a formação de
profissionais em energia solar fotovoltaica, a partir das experiências adquiridas em
trabalhos de campo e na instalação dos sistemas da Unidade de Capacitação
38
Tecnológica, incluindo uma discussão a respeito do processo formativo de
profissionais para atuar nas diversas atividades requeridas para promover o
desenvolvimento do setor. Além disso, apresenta um levantamento das principais
instituições de pesquisa do país e de iniciativas privadas que promovem a
qualificação de recursos humanos na área.
39
1. Energia solar fotovoltaica
Há um crescente aumento da demanda energética no mundo, provocado
principalmente pelo crescimento populacional e pelo desenvolvimento tecnológico
e industrial da sociedade. A matriz energética, composta principalmente por fontes
primárias, dentre as quais se destacam petróleo, gás natural, carvão mineral,
urânio, energia hidráulica, energia solar, energia eólica e biomassa, tem passado
por profundas alterações nos últimos anos.
A
prevalência
do
consumo
dos
combustíveis
fósseis
vem
sendo
profundamente questionada, não apenas por ser um recurso esgotável, mas
também pelas preocupações ambientais. O aumento da emissão de gases de efeito
estufa e da poluição do ar, que causam danos à qualidade de vida, aumento de
doenças respiratórias e gastos públicos com saúde, são alguns dos fatores que
contribuíram para a busca por alternativas energéticas baseadas em fontes menos
agressivas e menos poluentes.
A energia solar fotovoltaica aparece como promissora entre as alternativas,
por não emitir poluentes no processo de geração e por ser uma fonte praticamente
inesgotável e acessível em todos os pontos do mundo. Além disso, a cadeia
produtiva de módulos fotovoltaicos é igualmente de baixo impacto ambiental, pois
o descarte correto dos rejeitos químicos decorrentes de sua produção evita efeitos
negativos. As emissões de gases de efeito estufa resultantes do processo de
fabricação dos geradores fotovoltaicos são extremamente baixas e a energia
empregada em sua produção é compensada em poucos anos de funcionamento.
O Brasil tem alto potencial para a inserção da energia solar em sua matriz
energética, de um lado porque existe uma grande demanda por parte dos
domicílios não eletrificados e que têm esse direito garantido por lei; por outro
lado, porque cresce o interesse e a consciência da sociedade em formas
ambientalmente corretas de geração de energia. Porém, para tratar a respeito da
inserção da energia solar fotovoltaica na matriz energética brasileira é preciso,
primeiramente, entender de que modo esse tipo de energia tem se expandido no
mundo.
40
Segundo dados do relatório Revolução energética: a caminho do
desenvolvimento limpo (GREENPEACE, 2012) e do Global Market Outlook for
photovoltaics de 2013 (EPIA, 2013), o mercado mundial de módulos fotovoltaicos
cresceu mais de 40 % ao ano entre 2005 e 2013, focado em aumentar a eficiência
energética e reduzir o uso de matéria-prima. As células fotovoltaicas têm
registrado queda de preço, seguindo uma redução aproximada de 20 % a cada
duplicação da capacidade instalada. A perspectiva é de que, nos próximos anos, a
produção de eletricidade com módulos fotovoltaicos torne-se competitiva em
relação às formas tradicionais de geração de energia.
A energia solar pode ser aproveitada de diferentes formas, sendo as duas
principais as aplicações térmicas e as fotovoltaicas. As aplicações térmicas
envolvem fenômenos de transferência de calor e variação de temperatura. A
energia solar térmica é utilizada nos setores residencial, comercial e industrial e
seus principais usos são aquecimento de água para utilização em chuveiros,
torneiras e piscinas, secagem de produtos em unidades de beneficiamento,
preparação de alimentos em cozinhas solares e pré-aquecimento de líquidos em
processos industriais. Os meios utilizados para promover a transferência de calor e
a elevação de temperatura vão desde a simples exposição ao Sol dos produtos até o
uso de coletores solares acoplados em acumuladores térmicos.
A energia solar fotovoltaica, que é tratada nesta tese, é utilizada para geração
de energia elétrica nos setores residencial, comercial e industrial. Nas aplicações
fotovoltaicas, o efeito fotoelétrico é o fenômeno que rege a conversão de fótons em
eletricidade, promovendo o fornecimento de energia elétrica para sistemas
isolados ou conectados à rede elétrica convencional. O aproveitamento da energia
solar para gerar eletricidade é conseguido por meio de módulos fotovoltaicos.
Historicamente, as primeiras aplicações dessa energia surgiram para prover
eletricidade para sistemas espaciais, como os satélites de comunicação e, mais
recentemente, para a estação espacial internacional. Com o passar do tempo, as
aplicações terrestres começaram a se difundir e os principais usos hoje em dia
estão relacionados à eletrificação em regiões remotas, fornecimento de água,
conexão à rede elétrica convencional e sistemas híbridos de energia.
41
As aplicações térmicas e fotovoltaicas da energia solar envolvem fenômenos
físicos distintos. Para o equacionamento da física envolvida nos coletores solares
utilizam-se conceitos de transferência de calor advindos da termodinâmica. Para o
equacionamento da física envolvida nos módulos fotovoltaicos utilizam-se
conceitos da física quântica moderna. Este trabalho trata especificamente da
energia solar fotovoltaica; no entanto, convém mencionar que o tema energia solar
térmica é de extrema importância para o setor elétrico, devido ao grande impacto
que os chuveiros elétricos e os sistemas de aquecimento causam na curva de carga
do sistema elétrico brasileiro.
As ilustrações da Figura 1 evidenciam as diferenças entre aplicações térmicas
e fotovoltaicas. Nota-se que, no caso da energia solar térmica, a água entra no
sistema de aquecimento, passa por uma tubulação de cobre devidamente pintada e
encapsulada com vidros e outras tubulações hidráulicas, formando o coletor solar.
Ao fluir, a água recebe calor das tubulações aquecidas pela radiação vinda do Sol, o
que provoca a elevação da sua temperatura. Já no módulo fotovoltaico, os fótons da
radiação solar provocam o movimento de elétrons, gerando eletricidade em
corrente contínua.
Figura 1: Principais diferenças entre coletor solar e módulo fotovoltaico.
42
A próxima seção apresenta os principais conceitos físicos envolvidos nas
aplicações da energia solar fotovoltaica. Em seguida, é apresentado um breve
panorama do desenvolvimento tecnológico em nível mundial, a trajetória de
inserção da tecnologia no país, as perspectivas para expansão dessa fonte na
matriz energética brasileira e, finalmente, algumas propostas para promover a
expansão e a sustentabilidade de empreendimentos fotovoltaicos.
1.1.
Conceitos e fundamentos
Os conhecimentos para atuar profissionalmente com energia solar
fotovoltaica incluem, necessariamente, uma parte conceitual, que explica os
fenômenos físicos envolvidos nas diferentes etapas da conversão de energia solar
em energia elétrica. Esta seção apresenta os principais conceitos e fundamentos
relacionados com aplicações fotovoltaicas, que são utilizados no decorrer deste
trabalho, utilizando um método de explicação cronológica destes fenômenos
físicos.
Tal método descreve o caminho dos fótons e elétrons no processo de
conversão da radiação solar em eletricidade à medida que ele é percorrido, ou seja,
vai sendo explicado seguindo uma ordem sequencial correspondente ao que
ocorre na realidade. Inicia-se então com a explicação da fonte primária de energia,
o Sol, percorre-se todo o caminho da radiação eletromagnética solar, do vácuo às
interações na atmosfera terrestre e no material semicondutor dos módulos
fotovoltaicos, finalizando com a explicação das diversas transformações e
condicionamentos de potência necessários para a utilização da eletricidade em
equipamentos de uso final.
Esta abordagem demonstra-se como uma boa prática nas experiências
adquiridas durante a realização de treinamentos e cursos de formação ministrados
nas dependências do LSF-IEE-USP, alcançando bons resultados na assimilação de
conhecimentos.
43
O Sol é uma estrela de tamanho médio, cuja distância em relação à Terra
varia devido à excentricidade da órbita terrestre. Como todas as estrelas, ele emite
um espectro contínuo de radiação eletromagnética, cujo conhecimento permite,
por meio de técnicas próprias da astronomia e astrofísica, determinar sua
temperatura superficial e sua composição química. Atualmente, sabe-se que a
temperatura do Sol se aproxima à de um corpo negro em equilíbrio termodinâmico
a 6.000 K e que é formado basicamente por 85 % de Hidrogênio, 14,8 % de Hélio e
0,2 % de outros elementos (MACIEL, 1991).
A quantidade de energia que atinge o nosso planeta depende da geometria
espacial existente entre a estrela Sol e o planeta Terra, denominada na literatura
como geometria Sol-Terra. O conhecimento dessa geometria remete aos estudos de
diversos astrônomos ao longo da história da humanidade. Nicolau Copérnico
(1473-1543), Tycho Brahé (1546-1601), Giordano Bruno (1548-1600), Galileu
Galilei (1564-1642) e Johannes Kepler (1571-1630) foram alguns estudiosos que
trataram deste tema nos tempos modernos. A observação dos astros é uma prática
milenar, que está imbricada na história do desenvolvimento intelectual dos seres
humanos. Egípcios e gregos já demonstravam conhecimentos de particularidades
da geometria Sol-Terra. Tales de Mileto (625-548 a.C.), por exemplo, se tornou
célebre no ano de 585 a.C. ao prever um eclipse solar (BOUDENOT, 2001).
O efeito fotoelétrico é um fenômeno que ocorre em nível microscópico e que
está relacionado com a transição de um elétron entre camadas da eletrosfera de
um átomo. Ao interagir com a estrutura de um determinado átomo, os fótons
provocam a passagem dos elétrons da camada de valência para a camada de
condução deste átomo, que, uma vez nesta camada, podem deslocar-se pelo
material formado pelo conjunto desses átomos.
A descrição detalhada do efeito fotoelétrico requer conhecimentos da área
de física quântica, uma vez que o fenômeno de fazer saltar elétrons entre as
camadas de valência e condução de um átomo envolve tratamentos estatísticos e
de probabilidade. Para compreensão dos conceitos e aplicações da energia solar
tratados nesta tese, basta a descrição geral, de que é um fenômeno que ocorre em
determinados dispositivos e que converte a radiação solar em energia elétrica.
44
Células
fotovoltaicas
são
dispositivos
que
convertem
a
radiação
eletromagnética em eletricidade através do efeito fotoelétrico. Na prática, o
resultado final é que os fótons da luz do Sol, ao se chocarem com os elétrons da
célula fotovoltaica, produzem uma tensão elétrica entre os seus terminais positivo
e negativo. Um conjunto de células fotovoltaicas devidamente conectadas e
encapsuladas constitui um módulo fotovoltaico.
Os módulos fotovoltaicos são os elementos principais de um sistema
fotovoltaico, pois sem eles não é possível converter radiação solar em eletricidade.
No entanto, para que seja possível a utilização da energia solar para alimentar os
equipamentos elétricos já existentes e amplamente difundidos, é preciso adequar a
eletricidade gerada pelos módulos fotovoltaicos aos padrões dos equipamentos
comercialmente disponíveis. A essa tarefa de adequar forma e valor da energia
elétrica denomina-se condicionamento de potência.
Existem diversos equipamentos que realizam esta função, cada qual com sua
topologia e função. No âmbito deste trabalho, os equipamentos para
condicionamento de potência são conversores de frequência, controladores de
carga e descarga, inversores c.c./c.a. para sistemas isolados, inversores c.c./c.a.
para sistemas conectados à rede elétrica de uma concessionária de energia e
inversores bidirecionais.
Devido ao caráter intermitente da energia solar, a energia convertida pelos
módulos fotovoltaicos segue o padrão da radiação solar incidente: em dias de céu
claro ao meio-dia, por exemplo, tem-se a energia máxima, já em dias nublados temse menos energia e à noite nenhuma energia é convertida, pois não há radiação
solar incidindo na parte escura do globo terrestre. No entanto, muitas aplicações
da energia solar têm justamente a função de prover eletricidade durante o dia e à
noite, em lugares remotos onde não existe a rede elétrica convencional.
Para tais aplicações faz-se necessário o uso de acumuladores de energia, de
forma que a energia solar incidente durante o dia possa ser armazenada para ser
utilizada durante a noite. Para que isso ocorra, os módulos fotovoltaicos precisam
ser conectados a outros equipamentos, tais como condicionadores de potência e
acumuladores de energia. Ao conjunto de equipamentos formado pelo módulo
fotovoltaico, condicionador de potência e acumulador de energia, conectados entre
45
si com o propósito de realizar uma determinada tarefa, denomina-se sistema
fotovoltaico.
Existem diversas configurações e aplicações para os sistemas fotovoltaicos,
cada qual com suas vantagens e desvantagens, cuja opção de escolha depende,
entre outros critérios, de recursos financeiros, humanos e organizacionais. Dentre
as aplicações da energia solar fotovoltaica, as que têm um maior potencial de
utilização no país estão relacionadas ao bombeamento e tratamento de água, usos
produtivos de energia, eletrificação de domicílios isolados, sistemas conectados à
rede elétrica e energização de demandas autônomas.
A acumulação de energia nesses sistemas fotovoltaicos pode ocorrer de
diversas maneiras, sendo que as mais comumente utilizadas são a acumulação
eletroquímica, a acumulação em forma de energia potencial gravitacional, a inércia
térmica e a interação com a rede elétrica. Estas formas são usadas,
respectivamente, nos sistemas fotovoltaicos domiciliares, sistemas fotovoltaicos
para bombeamento de água, sistemas fotovoltaicos para produção de gelo e
sistemas fotovoltaicos conectados à rede elétrica.
Uma vez apresentados os principais fenômenos e conceitos, parte-se para a
explicação dos sistemas fotovoltaicos propriamente ditos, com a descrição de seus
componentes e particularidades. Antes, porém, com o objetivo de proporcionar
uma visão panorâmica do universo das principais aplicações da energia solar
fotovoltaica no mundo, apresenta-se a figura 2.
46
Figura 2: Principais aplicações da energia solar fotovoltaica no mundo.
Fonte: Adaptado de Luque e Hegedus (2003).
As aplicações da energia solar fotovoltaica que podem ser implementadas
em nosso cotidiano são inúmeras, mas são efetivadas por meio de um número
reduzido de configurações, tais como sistemas que possuem ou não acumuladores
e sistemas conectados à rede elétrica. Algumas aplicações mostradas na figura
anterior merecem destaque, não somente porque podem contribuir para uma
geração mais limpa de eletricidade, mas pelo potencial que possuem de melhorar a
qualidade de vida de milhares de pessoas. Os sistemas fotovoltaicos capazes de
realizar as tarefas mencionadas são brevemente descritos a seguir.
47
Sistemas fotovoltaicos para bombeamento de água são uma das mais
difundidas aplicações da energia solar fotovoltaica no Brasil. Estima-se que
existam cerca de 3.000 desses sistemas no país. Muitos não operam por uma série
de fatores, dentre os quais destaca-se a aquisição de bombas e condicionadores de
potência importados, sem uma consolidada rede de assistência técnica em
território nacional, fato que prejudica a opção fotovoltaica em muitas regiões.
Apesar desses equívocos de planejamento e gestão, essa aplicação constituise como uma tecnologia madura e confiável, que pode trazer melhoria de
qualidade de vida e geração de renda, como água para consumo humano ou para
atividades produtivas como irrigação, criação de animais e processos de lavagem.
A figura 3 ilustra os principais componentes de um sistema fotovoltaico para
bombeamento de água, composto por gerador fotovoltaico, quadro elétrico e
motobomba, esta última imersa em um poço de água e conectada eletricamente ao
quadro elétrico e hidraulicamente à caixa de água.
Figura 3: Sistema fotovoltaico para bombeamento de água.
A água bombeada pelos sistemas fotovoltaicos muitas vezes não é própria
para o consumo humano, sendo necessário realizar algum tipo de tratamento para
torná-la potável. Existem diversas formas de tratamento de água. A escolha do
método mais adequado depende das características da água e dos recursos
humanos e materiais disponíveis. No escopo deste trabalho, o termo tratamento de
água refere-se à dessalinização de água com a utilização de sistemas fotovoltaicos.
48
A figura 4 ilustra os principais componentes de um sistema para
dessalinização de água, composto por gerador fotovoltaico, quadro elétrico e
dessalinizador, conectado eletricamente ao quadro elétrico e hidraulicamente à
caixa de água. O tamanho e a forma de apresentação do dessalinizador mostrado
na figura 4 estão ampliados para facilitar a visualização dos componentes
envolvidos.
Dessalinizador
Água
Salobra
Sistema de
Captação
de Água
Salobra
Água Salobra
Água
Potável
Água
Potável
Rejeito
Figura 4: Sistema fotovoltaico para dessalinização de água.
Mesmo em muitos domicílios eletrificados com sistemas fotovoltaicos, a
potência de tais sistemas contempla apenas o uso de geladeiras e refrigeradores de
pequeno porte, que não atendem à demanda de produção de gelo requerida pela
atividade de pesca. Para contornar este problema, devido à importância que o gelo
possui na conservação de alimentos e na consequente geração de renda para tais
famílias, os moradores são obrigados a percorrer longas distâncias para comprá-lo.
A produção de gelo nas próprias comunidades utilizando sistemas
fotovoltaicos pode ser útil para a redução dos custos envolvidos no suprimento de
gelo e para a diminuição da dependência de populações localizadas em regiões
remotas que têm a atividade pesqueira como uma importante fonte de renda e que
49
ficam vulneráveis à atuação de agentes externos, como vendedores de gelo e
compradores de peixe.
Além disso, em lugares onde não existe energia elétrica, certas práticas
comuns, como beber água gelada ou saborear uma sobremesa fria, são eventos que
demandam as mais variadas estratégias por parte da população, que é obrigada a
arcar com os custos da logística de suprimento do gelo. Os custos de mão de obra e
de tempo, aliados aos gastos financeiros necessários para compra do gelo, das
caixas de isopor e do combustível gasto no seu transporte, desde o local de
produção até o local de consumo, tornam a busca pelo gelo difícil e custosa.
A Figura 5 ilustra os principais componentes de um sistema fotovoltaico para
produção de gelo, composto por gerador fotovoltaico, quadro elétrico e máquina
de gelo. A máquina de gelo está fora de escala para facilitar sua visualização.
Sistema de
Captação
de Água
Máquina de Gelo
Sistema de
Tratamento
de Água
Motor
Figura 5: Sistema fotovoltaico para produção de gelo.
A colocação de água nas bandejas é realizada de forma manual. Essa água
deve ser tratada se o gelo produzido for para utilização na conservação de
alimentos preparados que mantêm contato direto com o gelo ou para preparação
de bebidas geladas. Se for para resfriamento de produtos dispostos em embalagens
hermeticamente isoladas, não há necessidade do uso de água potável. Também não
50
há necessidade do tratamento prévio da água quando o gelo for produzido para
manter o peixe conservado por mais tempo, antes do preparo ou da venda. Nesse
caso pode ser utilizada água de rios, lagos ou igarapés.
Uma das aplicações da tecnologia fotovoltaica mais difundida no país são os
Sistemas Fotovoltaicos Domiciliares (SFDs). Tais sistemas são utilizados para
provimento de eletricidade a residências não conectadas na rede elétrica
convencional, situadas em locais onde a baixa densidade demográfica e a baixa
demanda de eletricidade tornam inviável o investimento do setor elétrico na
construção de novas centrais geradoras ou na extensão da rede.
A Figura 6 mostra um SFD típico, composto por gerador fotovoltaico,
controlador de carga e inversor c.c./c.a. dentro de um quadro elétrico, baterias e
equipamentos de uso final de energia dentro do domicílio.
Abrigo para
Quadro Elétrico
e
Baterias
Figura 6: Sistema fotovoltaico para eletrificação domiciliar.
Uma aplicação que ocupa lugar cada vez mais expressivo entre as aplicações
da tecnologia fotovoltaica é a conexão de sistemas fotovoltaicos à rede elétrica. A
disseminação dessa aplicação teve início com o programa japonês de incentivos
aos pequenos geradores fotovoltaicos conectados à rede, o “PV Roofs”, seguido por
programas semelhantes em outros países que foram acompanhando essa
tendência, primeiro Alemanha e Estados Unidos e depois Espanha, Holanda, Suíça
e Austrália (ZILLES ET AL., 2012).
51
Com isso, em poucos anos, esse tipo de aplicação transformou-se no maior
mercado da indústria fotovoltaica, pois em todos os países onde se implementou
algum tipo de mecanismo de incentivo à disseminação desses sistemas, houve uma
difusão real da geração distribuída com sistemas fotovoltaicos (ZILLES ET AL.,
2012). Tal fato abre uma perspectiva para a utilização em larga escala da
tecnologia fotovoltaica, contribuindo para a diversificação da matriz elétrica
brasileira.
A figura 7 ilustra os principais componentes de um sistema fotovoltaico
conectado à rede elétrica, composto por: gerador fotovoltaico, inversor c.c./c.a. e
quadro elétrico para a conexão da saída do inversor c.c./c.a. com as instalações em
corrente alternada da residência.
Figura 7: Sistema fotovoltaico para conexão à rede elétrica.
A figura 8 representa em linhas gerais algumas das fontes geradoras de
eletricidade do sistema elétrico brasileiro, com o objetivo de mostrar as relações
que envolvem a conexão de sistemas fotovoltaicos na rede elétrica convencional.
52
Figura 8: Representação da matriz elétrica brasileira.
Quando se conecta um sistema fotovoltaico à rede elétrica, como mostrado na
figura 7, a energia produzida a partir do Sol é injetada no sistema elétrico e pode
ser utilizada por qualquer consumidor nele conectado. Na situação descrita, a
energia requerida pelas cargas seria fornecida por uma hidroelétrica ou
termelétrica, caso não houvesse o sistema fotovoltaico. Ao evitar que se consuma
água do reservatório de hidroelétricas ou gás de termelétricas, a energia solar
fotovoltaica colabora para a preservação de energia primária do sistema elétrico,
atuando de maneira complementar às fontes já existentes.
A rede elétrica atua então como uma espécie de acumulador de energia,
permitindo o armazenamento de fontes primárias e priorizando a injeção da
energia vinda do Sol ao sistema elétrico. Durante a noite, por exemplo, o domicílio
que contribuiu com a geração fotovoltaica durante o dia pode recorrer ao sistema
elétrico para utilizar a energia acumulada nas fontes primárias.
Outra aplicação da energia solar fotovoltaica são os denominados sistemas
híbridos, que utilizam duas ou mais fontes primárias de energia, permitindo a
otimização dos recursos energéticos disponíveis. As configurações mais utilizadas
são solar-diesel, eólico-diesel e solar-eólico-diesel. A distribuição da energia
elétrica gerada é realizada por meio de uma minirrede até os domicílios.
53
A utilização de geradores a diesel com minirredes de distribuição de energia
elétrica é uma opção bastante difundida em comunidades isoladas da rede elétrica
convencional. Os subsídios dados ao diesel e o fácil acesso aos geradores, aliados a
estratégias políticas de eletrificação de comunidades com doação periódica de
diesel, contribuem para a difusão desse tipo de eletrificação. A utilização de
sistemas híbridos, com inserção da energia solar fotovoltaica nestas comunidades,
possibilita a redução da dependência política e da poluição.
A Figura 9 ilustra os principais componentes de um sistema híbrido de
energia, composto por: geradores fotovoltaicos, inversores c.c./c.a. de conexão à
rede elétrica, controladores de carga, baterias, inversores c.c./c.a. bidirecionais,
gerador a diesel e quadros elétricos.
ESCOLA
Figura 9: Sistema híbrido para geração de energia elétrica.
Como visto até este ponto, as aplicações fotovoltaicas utilizam equipamentos
com conteúdos tecnológicos distintos. A tecnologia empregada para fabricação das
baterias, por exemplo, remonta aos tempos de Alessandro Volta (1745-1827), que
no ano de 1799 construiu a primeira pilha elétrica, antepassada distante das
baterias eletroquímicas utilizadas até hoje em sistemas fotovoltaicos.
54
As tecnologias envolvidas em equipamentos condicionadores de potência
estão diretamente relacionadas ao desenvolvimento da área de eletrônica e
microeletrônica ocorrido no século XX. As gerações desses equipamentos foram
surgindo à medida que a eletrônica de potência progredia, passando de analógica
para digital e desta para a microeletrônica. O resultado é que no decorrer deste
processo esses equipamentos tornaram-se mais eficientes e compactos.
A descoberta do efeito fotoelétrico data de 1839, como dito anteriormente;
no entanto, a tecnologia necessária para fabricar, interconectar e encapsular
células fotovoltaicas para formarem módulos fotovoltaicos é bem mais recente e
data da década de 1960.
A utilização da energia solar fotovoltaica somente é possível atualmente
graças à evolução do conhecimento científico e ao desenvolvimento tecnológico
ocorrido neste percurso histórico. Esses progressos levaram ao desenvolvimento,
por exemplo, de módulos fotovoltaicos com tempo de vida de 25 anos e eficiência
cada vez melhor. Nota-se que o cabedal de saberes sobre energia solar fotovoltaica
é diverso e extenso, envolvendo radiação solar, geometria Sol-Terra, interações
quânticas entre fótons e elétrons e princípios de eletricidade.
O aprendizado de tais conceitos constitui requisito fundamental para a
formação de profissionais qualificados para implantação da tecnologia. Outros
conhecimentos requeridos estão relacionados às obras civis para montagem das
estruturas de fixação dos módulos fotovoltaicos e para construção dos abrigos
para os equipamentos de condicionamento de potência, bem como aos princípios
de hidráulica para conexão das tubulações de água e construção da estrutura de
sustentação da caixa de água para os sistemas de bombeamento e tratamento de
água.
1.2.
Panorama mundial
A tendência mundial é a busca por novas fontes de energia que possam
atender ao acelerado crescimento da demanda de forma não poluente e
sustentável. O mercado de energia solar fotovoltaica teve um grande crescimento
55
nos últimos anos em diversos países, impulsionado pela criação de programas
governamentais de incentivos fiscais, que obrigam a compra de energia elétrica
por parte das concessionárias, atraindo investidores que fomentam a melhoria da
eficiência dos equipamentos e a redução dos custos dos componentes.
A Alemanha, o Japão, os Estados Unidos e a Espanha são países com grande
potência acumulada instalada de sistemas fotovoltaicos. O pano de fundo para os
níveis de crescimento experimentados por estes países são os programas
governamentais de incentivos, que aumentaram a participação dos sistemas
fotovoltaicos na geração de energia elétrica por meio de subsídios e incentivos à
indústria de equipamentos fotovoltaicos para barateamento da tecnologia. As
principais motivações de tais programas são a necessidade de se adotar um
modelo energético sustentável e ambientalmente correto, mas, apesar de
motivados por questões comuns, cada país adotou sua própria linha de incentivo.
Uma das iniciativas mais bem sucedidas, segundo relatório já citado da
ABINEE, é o caso da tarifa prêmio. Utilizado em vários países do mundo, esse
mecanismo consiste em um pagamento diferenciado por MWh produzido,
conforme o custo de geração de cada energia. Como a energia fotovoltaica tem um
valor mais alto de produção, os produtores recebem um valor diferenciado, que no
longo prazo diminui, para incentivar a redução dos custos com o tempo.
A Alemanha é um dos países em que esse procedimento mais mostrou
resultados. Não à toa, em 2010, o país germânico adicionou mais produção
fotovoltaica em sua matriz energética do que o mundo todo no ano anterior,
segundo dados do Global Status Report em energia renovável do ano de 2011. O
governo alemão aprovou uma lei para contornar a dificuldade imposta pela
diferença de preços entre os energéticos renováveis e os convencionais, cujo
objetivo é promover o desenvolvimento sustentável do fornecimento de energia no
país.
Exemplos de aplicações fotovoltaicas espalham-se cada vez mais pelo
planeta, demonstrando que a tecnologia deve participar progressivamente na
diversificação dos recursos presentes na matriz energética mundial. Itália e
Espanha são exemplos de países que ampliaram o uso de energia fotovoltaica. O
bloco europeu é responsável pela maior parte da produção mundial de energia
56
elétrica provinda de fonte fotovoltaica. Em seguida estão o Japão, Estados Unidos e
China.
É interessante ressaltar que a irradiação solar dos melhores parques
fotovoltaicos da Alemanha é inferior à dos locais de menor irradiação brasileiros
(ABINEE, 2012). Isso demonstra que em qualquer localidade do Brasil, que tem
uma das melhores irradiações solares do mundo em razão de sua localização
geográfica, é possível transformar a energia fotovoltaica em produção de escala,
competindo em pé de igualdade com outras fontes energéticas.
1.3.
Cenário brasileiro
O setor elétrico brasileiro se destaca internacionalmente pela grande
participação de fontes renováveis. De acordo com o Balanço Energético Nacional
de 2013, a participação das renováveis na produção de energia elétrica foi de
84,5%, especialmente por causa da participação das usinas hidroelétricas. Apesar
desta característica já ser um fator positivo para o país, ainda emite-se anualmente
429 milhões de toneladas de CO2.
Embora esse índice seja considerado baixo para os padrões mundiais, o
Brasil pode melhorá-lo ao aproveitar a vantagem de possuir muitos recursos
energéticos renováveis ainda pouco explorados e ao buscar constantemente uma
independência com relação aos combustíveis fósseis, promovendo, desta forma,
um crescimento mais sustentável e ambientalmente correto.
No entanto, enquanto o mundo assiste a “uma corrida mundial para levar ao
mercado tecnologias inovadoras que poderiam reduzir as emissões de gases
poluentes”2, o Governo Brasileiro celebra a descoberta do pré-sal, cuja exploração
dobraria as emissões nacionais de CO2 verificadas atualmente, segundo mostram
dados do relatório do Greenpeace citado anteriormente. Esse acréscimo deixaria o
Brasil entre os três maiores emissores do mundo, atrás apenas de China e Estados
REUTERS. TI verde será revolução maior que web. Info on-line. Plantão Info, mai.2007.
Disponível em: <http://info.abril.com.br/aberto/infonews/052007/15052007-11.shl>. Acesso em:
21 dez. 2013.
2
57
Unidos. Além disso, é preciso considerar o histórico de danos provocados ao meio
ambiente em casos de vazamentos de petróleo.
As controvérsias com relação à geração de energia por meio de usinas
hidroelétricas devem ser igualmente consideradas. Estudos mostram que algumas
dessas usinas emitem mais gases de efeito estufa, ou na mesma proporção, que
usinas a carvão mineral. Além disso, o processo de apodrecimento da mata
encoberta pela água na construção das barragens acidifica a água e emite metano,
gás também causador do efeito estufa. Os problemas sociais, ambientais e
econômicos decorrentes, como as questões das populações que são expulsas ou
prejudicadas, são outro fator a ser considerado. Ainda existe o problema da
distância entre o local da hidroelétrica e o mercado consumidor, o que significa
mais custos financeiros, perdas elétricas e possíveis danos ao meio ambiente na
construção de linhas de transmissão.
O país poderia se destacar entre os países que utilizam matrizes energéticas
consideradas limpas, ao investir mais na energia fotovoltaica, tendo em vista o
grande potencial do país, com grande radiação solar e abundância de matériaprima essencial para produção do Silício, utilizado na fabricação das células
fotovoltaicas e equipamentos de condicionamento de potência. Há que se ressaltar
a forte interação com a cadeia de valor da indústria de componentes eletrônicos,
sobretudo semicondutores, a partir da cadeia de purificação do Silício. Neste
sentido, o Brasil pode reunir condições competitivas para abrigar investimentos
nessa cadeia, de forma a atender a ambos os mercados: solar fotovoltaico e de
componentes eletrônicos.
A tecnologia fotovoltaica é madura, confiável e tecnicamente viável. No
entanto, a falta de um mercado consolidado no país faz seu custo de geração ainda
ser alto em comparação aos valores médios praticados no mercado elétrico
nacional, embora sua utilização possa resultar em uma série de benefícios. Esse
caso coloca em evidencia a distorção na forma de se planejar a expansão do setor
elétrico, ao utilizar como parâmetro mais importante o custo de geração, sem levar
em conta benefícios não mensuráveis, o que coloca em vantagem as fontes cujos
danos não sejam financeiramente quantificáveis (OLIVEIRA, 2002).
58
Assim, se em âmbito internacional o panorama do uso de energia solar
fotovoltaica é favorável, no Brasil o campo de atuação ainda é restrito, estando
mais difundidas as aplicações desse tipo de energia para eletrificação rural e para
bombeamento de água, mostrando que o país ainda não está preparado para
atingir o patamar de desenvolvimento que outros países já alcançaram, por falta de
uma política que incentive o uso de energias renováveis.
Apesar da falta de incentivos e de políticas públicas que estimulem a
disseminação de sistemas fotovoltaicos, o prognóstico aponta para o fato de haver
interesse de empresas e instituições no desenvolvimento do setor e na difusão do
uso de sistemas fotovoltaicos, principalmente sua aplicação em centros urbanos, o
que permitiria atingir maior parte da população.
Aliado a este interesse, a expansão da energia solar fotovoltaica no Brasil
apresenta avanços principalmente nas esferas da regulamentação e da
normatização. Destacam-se neste contexto a atuação da ANEEL, da Associação
Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) e do Instituto Nacional de Metrologia,
Qualidade e Tecnologia (INMETRO), cujos esforços para publicação de resoluções,
normas técnicas e portarias trouxeram regras claras para as concessionárias de
energia e garantias técnicas e comerciais para os consumidores, promovendo um
cenário de segurança jurídica para investidores.
A trajetória de aumento de eficiência e queda dos custos de implantação de
sistemas fotovoltaicos em nível internacional contribui igualmente para aumentar
a potencialidade de implantação efetiva no Brasil. Espera-se que a queda de preços
deixe para trás a barreira econômica para o uso de sistemas solares pelo lado da
demanda, diminuindo os entraves econômicos a curto e médio prazo.
Para enfrentar os desafios relacionados à inserção da energia solar
fotovoltaica na matriz energética brasileira, algumas organizações estão se
estruturando e preocupando-se em apresentar propostas para competitividade e
sustentabilidade do setor. Entre elas, encontra-se Energia solar fotovoltaica no
Brasil: subsídios para tomada de decisão, elaborada pelo Centro de Gestão e
Estudos Estratégicos (CGEE, 2010). Entre os principais itens apresentados na
proposta estão o incentivo à pesquisa e à inovação tecnológica, a criação de um
mercado consumidor e o estabelecimento de indústrias de Silício grau solar e grau
59
eletrônico, de células solares e de módulos fotovoltaicos. Cabe enfatizar que as
diretrizes contidas nesse documento demandam direta ou indiretamente
profissionais especializados em energia solar fotovoltaica.
O Governo Brasileiro, por meio do Ministério de Minas e Energia, criou um
Programa de Incentivo às Fontes Alternativas de Energia Elétrica (PROINFA) para
aumentar a participação de fontes alternativas na matriz energética do país. O
PROINFA contempla a produção energética por meio de pequenas centrais
hidroelétricas, de energia eólica e de biomassa. Esse programa impulsionou
empreendimentos desses tipos no país, incentivou a indústria de base dessas
fontes e diversificou a matriz energética brasileira. Entre as principais alternativas
aos combustíveis fósseis, apenas a energia solar não foi contemplada.
Segundo o documento “Carta do Sol”, produzido por pesquisadores e
consultores do Laboratório Interdisciplinar de Meio Ambiente (LIMA), Programa
de Planejamento Energético (COPPE) e Universidade Federal do Rio de Janeiro
(UFRJ), a justificativa para a ausência da energia fotovoltaica no PROINFA foi “[...]
que o seu preço ainda era alto demais. Dessa forma, esta fonte foi adotada somente
no âmbito do Programa Luz para Todos (LpT), ficando restrita ao atendimento de
domicílios isolados, com potências instaladas e volumes de encomendas reduzidos,
notadamente insuficientes para permitir uma dinâmica de inovação e o
desenvolvimento no país da cadeia produtiva fotovoltaica, capazes de
proporcionar redução de custos” (ROVERE, 2011).
Há que se ressaltar que o PROINFA foi regulamentado em 2004, antes do
crescimento mundial em pesquisa e investimento tecnológico na energia
fotovoltaica, ocorrido entre 2005 e 2013, e que provocou, como já dito, uma queda
nos custos dos empreendimentos. Apesar disso, a tecnologia fotovoltaica ainda não
é competitiva com a rede elétrica, exceto em casos como sistemas para locais
isolados ou localizados em centros urbanos com altos índices de radiação e preço
da tarifa elétrica elevado.
Os sistemas fotovoltaicos do tipo conectados à rede têm ganhado importância
devido à sua potencial competitividade no futuro, associada com facilidades como
modularidade e integração à arquitetura da edificação. Além disso, a geração
descentralizada promove um consumo mais eficiente da eletricidade, pois evita o
60
desperdício na transmissão e distribuição de energia por meio de longas linhas
desde as usinas hidroelétricas e termelétricas até os principais locais de consumo.
Em face dos benefícios e das barreiras encontradas para a expansão da
energia solar fotovoltaica no Brasil, os signatários do relatório Carta do Sol
propõem alguns subsídios para o planejamento da promoção da energia solar
fotovoltaica, entre eles a necessidade de fomentar programas de capacitação e
formação de recursos humanos para atuar em todas as etapas da cadeia produtiva
da energia solar fotovoltaica (ROVERE, 2011).
Cabe mencionar que está se desenvolvendo capacitação tecnológica para
fabricação de células e módulos fotovoltaicos no país. A Pontifícia Universidade
Católica do Rio Grande do Sul (PUC-RS) possui uma planta piloto em operação e
depende de um mercado consumidor para aumentar a escala de produção. O Brasil
também possui fábricas de acumuladores e de inversores, que podem ser
adaptados para atender às especificações dos sistemas solares fotovoltaicos.
Há ainda a necessidade do crescimento da demanda por parte da sociedade.
Nesse sentido, quanto mais os cidadãos forem conscientes e exigirem uma política
pública de energia alternativa, com menores impactos sociais e ambientais, mais
rapidamente esse conhecimento será disseminado.
61
2. Capacitação de estrutura laboratorial
Este capítulo aborda os requisitos necessários para a estruturação de
laboratórios especializados em sistemas fotovoltaicos, baseado na descrição dos
materiais, ferramentas, instrumentos e procedimentos utilizados na implantação
dos sistemas que compõem a Unidade de Capacitação Tecnológica do LSF-IEE-USP.
O objetivo é socializar todo o conhecimento produzido na constituição de tal
Unidade, propondo uma reflexão sobre as metodologias utilizadas para gestão do
conhecimento científico.
A tecnologia é uma aplicação do conhecimento científico para especificar as
vias de se fazerem as coisas de uma maneira reproduzível (CASTELLS, 1999), ou
seja, é um produto da ciência que envolve um conjunto de instrumentos e métodos
que visam à resolução de problemas na prática. Ela é vista neste trabalho como um
processo social, no qual a técnica é apenas um dos fatores, sendo os indivíduos
partes integrantes desse processo, não apenas como inventores e operadores, mas
como elementos que direcionam sua aplicação (MARCUSE, 1999).
Um
conceito
que
vem
ganhando
espaço
nas
discussões
sobre
desenvolvimento tecnológico, social e econômico é o da gestão do conhecimento.
De acordo com tal conceito, uma nova tecnologia somente obtém êxito se houver a
difusão do conhecimento produzido em âmbito acadêmico para outros setores da
sociedade. A transmissão de um conhecimento técnico para a sociedade é, então,
um aspecto chave para o processo de desenvolvimento da tecnologia.
O conhecimento da tecnologia fotovoltaica no país ainda é restrito a alguns
especialistas e partes diretamente interessadas, necessitando a adoção de ações de
disseminação da informação e sensibilização dos setores acadêmico, produtivo e
governamental. Para que o conhecimento seja disseminado, devem existir
estratégias adequadas à realidade dos institutos de pesquisa, para que integrem
produção do conhecimento científico com apropriação social dos resultados,
incluindo o atendimento de demandas comerciais de empresas de sua cadeia de
valor, ou seja, é necessário um modelo de difusão tecnológica que promova a
62
transferência dos conhecimentos, combinando demandas comerciais e sociais com
resultados de pesquisas (ADES, 2013).
Quando se tenta transformar um instituto de pesquisa em um local não
apenas de produção do conhecimento, mas também de transmissão da informação,
encontram-se alguns obstáculos. Um deles é a necessidade de qualificação de
profissionais para transferência da tecnologia, pois muitos investimentos em
pesquisa e desenvolvimento do setor de energia solar fotovoltaica são inibidos
pela escassez de recursos humanos qualificados. Justamente a esse gargalo que
também se refere este estudo. Assim, para que o círculo virtuoso da geração e
difusão do conhecimento ocorra deve-se considerar investimentos em capacitação
de estrutura e qualificação de profissionais.
Este então seria um dos pilares da Unidade de Capacitação: ser um canal
direto para potencializar resultados de transferência de tecnologia e apropriação
social do saber, com uma estrutura específica para facilitar a produção e a difusão
do conhecimento científico na linguagem que cada público requer, por meio da
divulgação do conhecimento com programas de ensino, publicações e ações
educacionais.
Institutos de pesquisa e universidades desempenham um importante papel
de estímulo à criação do conhecimento e na aplicação da ciência. Segundo a
Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP, 2008), a
distribuição do investimento em pesquisa e desenvolvimento no Estado de São
Paulo, mais importante pólo de desenvolvimento do país, foi de 62% por parte de
empresas, 37% por parte de Instituições de Ensino Superior (IES) públicas e
agências de fomento públicas, tanto estaduais como federais, e 1% de IES privadas.
Tais investimentos estão relacionados com a dimensão política, que provê os
recursos que são utilizados para alcançar os resultados desejados, atendendo às
necessidades das partes envolvidas: pesquisadores, ao darem continuidade às suas
pesquisas; universidades, ao produzirem; governo, ao fortalecer sua imagem como
país inovador; sociedade, beneficiada com novos produtos e serviços; e empresas,
com o aumento da competitividade (ADES, 2013).
Instituições de pesquisa, com adequadas competências estratégicas e
organizacionais, possuem papel determinante na criação de estruturas que sirvam
63
de referência e abram caminho para que o governo e empresas possam investir no
desenvolvimento tecnológico, tornando mais eficiente a captação de recursos
(ADES, 2013). A estrutura descrita a seguir está sendo utilizada por este estudo
como uma unidade exemplar para capacitação laboratorial e qualificação
profissional.
2.1.
Unidade de Capacitação Tecnológica do LSF-IEE-USP
A estrutura do LSF-IEE-USP é composta por laboratórios para ensaios em
equipamentos usados em aplicações da tecnologia fotovoltaica e por um campo de
provas para ensaios em sistemas fotovoltaicos. Os equipamentos, sistemas,
metodologias e procedimentos de instalação e gestão de sistemas fotovoltaicos
utilizados pelos referidos laboratórios vêm sendo utilizados com o objetivo de
constituir uma Unidade de Capacitação Tecnológica para qualificação de recursos
humanos em energia solar fotovoltaica.
Essa Unidade foi concebida alinhada com conceitos que vão além da
transferência de conhecimentos meramente técnicos. A proposta dessa unidade
integra o tripé ensino, pesquisa e extensão, possibilitando o cumprimento das
principais atribuições do ensino superior estabelecidas pela Lei de Diretrizes e
Bases da Educação (LDB), quais sejam: formar profissionais capacitados ao
desenvolvimento das atividades profissionais; desenvolver a pesquisa; articular a
formação com a realidade social vivida no país; desenvolver a extensão, abrindo a
possibilidade de acesso ao conhecimento produzido nas instituições de ensino
superior à população em geral.
A proposta foi construída baseada na experiência acumulada em 18 anos de
trabalho do LSF-IEE-USP, dirigido ao desenvolvimento de pesquisas por diversos
profissionais e execução de trabalhos de campo em diferentes populações,
podendo contribuir para a formação de profissionais com uma visão concreta e
consciente das questões sociais e ambientais envolvidas na geração de eletricidade
por meio da energia solar.
64
Com o passar do tempo, somaram-se esforços para consolidar uma estrutura
física e de recursos humanos que permite a acumulação e difusão de saberes
práticos junto à sociedade, por meio de projetos de eletrificação de comunidades
isoladas geograficamente, atuando na qualificação de usuários e técnicos locais.
Esse tipo de vivência, somado às experiências em cursos e treinamento nas
dependências do LSF, contribuiu para o aprimoramento contínuo do processo de
capacitação.
Portanto, a Unidade de Capacitação Tecnológica do LSF-IEE-USP surgiu de
experiências acumuladas, que foram ganhando novas formatações em virtude das
evoluções da tecnologia e da regulamentação do mercado, tornando-se cada vez
mais articulada com outros centros de referência em pesquisa e ensino no Brasil e
no exterior e incorporando novas aplicações fotovoltaicas em sua estrutura
laboratorial.
A apresentação do Laboratório de Sistemas Fotovoltaicos permite conhecer
com mais clareza as partes constituintes da referida Unidade, para que se
identifiquem elementos relevantes para a formação de profissionais especializados
em sistemas fotovoltaicos, vinculado com uma política de qualificação profissional.
O LSF foi fundado em 1995 pelo professor Roberto Zilles e desde então atua
em atividades de ensino, pesquisa acadêmica e extensão universitária no âmbito
do Programa de Pós-graduação em Energia da Universidade de São Paulo (PPGE).
Entre suas atividades está o desenvolvimento de protótipos para sistemas de
condicionamento de potência e a realização de ensaios de conformidade em
equipamentos para uso em aplicações da tecnologia fotovoltaica.
As atividades de ensino desenvolvidas são compostas por aulas teóricas e
práticas, próprias à formação de alunos de graduação e pós-graduação da USP,
uma vez que possibilitam aos estudantes o contato direto com um universo
representativo das principais aplicações da energia solar fotovoltaica. A estrutura
laboratorial contribuiu, ao longo de sua história, para a produção de 9 teses de
doutorado e 20 dissertações de mestrado e apoiou diversos alunos de graduação,
pesquisadores e pós-doutorandos no desenvolvimento de suas atividades de
pesquisa.
65
As pesquisas realizadas conduziram ao desenvolvimento de protótipos de
sistemas fotovoltaicos para aplicação em projetos pilotos e contribuíram para a
criação de uma estrutura laboratorial para ensaios em equipamentos e sistemas
fotovoltaicos. A automação da bancada para ensaios em inversores c.c./c.a. e
controladores de carga e a implementação de outras bancadas para avaliação de
sistemas fotovoltaicos completos, tais como os usados para bombeamento e
dessalinização de água e para produção de gelo, são alguns exemplos de protótipos
concebidos.
Os laboratórios são utilizados, desde 2006, para a realização de ensaios de
conformidade no âmbito do Programa Brasileiro de Etiquetagem do INMETRO.
Este programa estabelece, por meio da portaria INMETRO 004/2011, os requisitos
necessários para a execução de ensaios em equipamentos utilizados nas aplicações
fotovoltaicas. Em 2013 tornou-se o primeiro laboratório acreditado pelo
INMETRO, no escopo da norma ISO/IEC 17025 – Requerimentos Gerais para
Laboratórios de Ensaio e Calibração – para testes em equipamentos fotovoltaicos
no Brasil.
Os referidos ensaios para avaliação de conformidade ocorrem sob demanda
de fabricantes, empresas de comércio de equipamentos e integradores de sistemas
fotovoltaicos e enquadram-se como atividades de extensão universitária, uma vez
que a prestação de serviços na forma de testes laboratoriais constitui uma forma
de interação entre universidade e sociedade.
A participação em projetos de eletrificação e fornecimento de água utilizando
a energia solar fotovoltaica em comunidades remotas está entre as atividades de
extensão universitária que resultaram em significativa melhoria na qualidade de
vida destas populações.
As atividades de pesquisa e extensão são disseminadas também sob outras
formas, tais como: publicação de artigos técnicos em congressos e revistas
científicas; organização de seminários temáticos com a participação de
especialistas; divulgação pela internet de apresentações relacionadas à tecnologia
fotovoltaica; entrevistas para emissoras de rádio e televisão; visitas técnicas
guiadas nas dependências dos laboratórios para estudantes do ensino médio e
66
público em geral; e página eletrônica com as informações e documentos
necessários para o processo de etiquetagem de equipamentos fotovoltaicos.
Atentos às pesquisas realizadas em âmbito internacional, os pesquisadores
do LSF-IEE-USP mantém contato frequente com pesquisadores de outros países,
por intermédio de programas de cooperação institucional, seminários para difusão
de experiências de transferência da tecnologia fotovoltaica, estágios de curta e
longa duração em instituições estrangeiras, visitas a instalações fotovoltaicas no
exterior e acolhimento de pesquisadores e estudantes de outros países em suas
dependências.
A estrutura física representada na Figura 10 foi construída com a
contribuição de inúmeros pesquisadores, estudantes e profissionais de diversas
áreas do conhecimento, para o desenvolvimento das atividades de ensino, pesquisa
e extensão descritas nos parágrafos anteriores. Tal estrutura é composta por
laboratórios para testes em equipamentos, campo de prova para ensaios em
diferentes aplicações de sistemas fotovoltaicos e sala de treinamento.
Figura 10: Representação da estrutura física do LSF-IEE-USP.
67
A fotografia da Figura 11 mostra o laboratório do LSF-IEE-USP para ensaio
em módulos fotovoltaicos, controladores de carga e descarga e inversores c.c./c.a.
para sistemas fotovoltaicos com baterias.
Figura 11: Laboratório para ensaios em equipamentos de sistemas fotovoltaicos isolados – foto.
A ilustração da figura 12 representa uma planta baixa do laboratório que
contém o simulador solar do IEE-USP e as bancadas para testes em equipamentos
fotovoltaicos utilizados em sistemas isolados da rede elétrica convencional.
Figura 12: Laboratório para ensaios em equipamentos de sistemas fotovoltaicos isolados.
68
A foto da Figura 13 mostra a estrutura laboratorial para testes em inversores
c.c./c.a. para sistemas fotovoltaicos conectados à rede elétrica.
Figura 13: Laboratório para ensaios em equipamentos de sistemas fotovoltaicos conectados à
rede elétrica – foto.
O desenho da Figura 14 mostra a representação de uma vista superior do
laboratório do LSF-IEE-USP para testes em equipamentos utilizados em sistemas
fotovoltaicos conectados à rede elétrica convencional.
Figura 14: Laboratório para ensaios em equipamentos de sistemas fotovoltaicos conectados à
rede elétrica.
69
A Figura 15 mostra uma fotografia do campo de prova do LSF-IEE-USP para
testes em sistemas fotovoltaicos usados para bombeamento e tratamento de água,
produção de gelo e eletrificação domiciliar isolada e conectada à rede elétrica.
Figura 15: Campo de prova para ensaios em sistemas fotovoltaicos – foto 1.
A foto da Figura 16 mostra o campo de prova para testes em sistemas
fotovoltaicos conectados à rede. Da esquerda para direita, tem-se uma central
fotovoltaica de 150 kWp instalada sobre terreno, um sistema fotovoltaico de 12,5
kWp na fachada, uma instalação de 75 kWp sobre telhado e uma montagem de 150
kWp em forma de estacionamento que ainda está em construção.
70
Figura 16: Campo de prova para ensaios em sistemas fotovoltaicos – foto 2.
O desenho da Figura 17 ilustra a estrutura laboratorial empregada para
realização de testes em sistemas fotovoltaicos e qualificação de recursos humanos.
Figura 17: Campo de prova para ensaios em sistemas fotovoltaicos – representação.
71
A foto da Figura 18 mostra uma sala de treinamento do LSF-IEE-USP,
utilizada para aulas teóricas e práticas sobre as aplicações da energia solar
fotovoltaica.
Figura 18: Sala de treinamento em sistemas fotovoltaicos – foto.
A Figura 19 é uma representação da vista superior da estrutura laboratorial
do LSF-IEE-USP, usada para pesquisas e formação de profissionais no segmento
fotovoltaico. Encontra-se nesse desenho a sala de treinamento na qual se
ministram aulas teóricas e práticas sobre as aplicações da tecnologia solar
fotovoltaica.
72
Figura 19: Sala de treinamento em sistemas fotovoltaicos – representação.
As seções que seguem detalham essa estrutura laboratorial, utilizada para a
realização dos ensaios em equipamentos e sistemas fotovoltaicos. Além disso, são
descritos os diferentes sistemas fotovoltaicos para bombeamento e tratamento de
água, produção de gelo, eletrificação domiciliar isolada e conectada à rede elétrica
e energização de comunidades e demandas autônomas de energia. Por fim, são
relatadas algumas experiências de formação de recursos humanos.
2.2.
Acreditação de laboratório para ensaios
A instalação de sistemas fotovoltaicos tem sido favorecida por leis e
resoluções que estabelecem condições e procedimentos para fornecimento de
energia elétrica por meio de tais sistemas. Entre as determinações legais, há uma
na qual os componentes dos sistemas fotovoltaicos devem ser submetidos a
ensaios de aceitação e qualificação realizados pelo Programa Brasileiro de
73
Etiquetagem (PBE) do INMETRO, reconhecido pela Agência Nacional de Energia
Elétrica (ANEEL) para verificação da conformidade técnica desses componentes.
O regulamento específico do PBE para etiquetagem de componentes de
sistemas fotovoltaicos aplica-se ao módulo fotovoltaico, ao controlador de carga e
descarga, ao inversor c.c./c.a. para sistemas isolados, ao inversor c.c./c.a. para
sistemas conectados à rede elétrica e à bateria. O PBE, por meio da portaria
INMETRO 004/2011, também elaborou um regulamento específico para o uso da
Etiqueta Nacional de Conservação de Energia Elétrica (ENCE) em sistemas e
equipamentos para energia fotovoltaica. A ENCE tem por objetivo transmitir aos
consumidores informações úteis relativas aos produtos que pretendem adquirir.
Os procedimentos de qualificação e aceitação utilizados pelo PBE do
INMETRO visam, do ponto de vista da tecnologia, garantir maior confiabilidade e
robustez aos sistemas fotovoltaicos e, do ponto de vista dos usuários finais, provêlos de informações que lhes permitam avaliar a eficiência dos equipamentos
utilizados para energia solar.
No LSF, é possível realizar ensaios em módulos fotovoltaicos, controladores
de carga e descarga, inversores c.c./c.a. para sistemas isolados e inversores c.c./c.a.
para sistemas conectados à rede elétrica. Os testes são realizados em ambiente
acreditado, ou seja, no qual os procedimentos organizacionais e estruturais
cumprem o exigido pela ABNT por meio da norma ISO/IEC 17025. Para os ensaios
em equipamentos fotovoltaicos, a descrição segue o estabelecido pela portaria
INMETRO 004/2011 e para os ensaios em sistemas fotovoltaicos utilizam-se
procedimentos próprios de medida, uma vez que o INMETRO ainda não definiu a
sequência de testes para certificação do sistema fotovoltaico como um todo.
Tais testes, que analisam o funcionamento global de um sistema fotovoltaico,
denominam-se ensaios de operacionalidade e disponibilidade energética. Tal
análise considera todos os seus elementos conectados entre si: gerador
fotovoltaico, equipamento para condicionamento de potência, equipamento de uso
final, condutores, quadro elétrico e elementos de seccionamento e proteção.
A medição das variáveis atmosféricas relevantes para os testes em
equipamentos e para os ensaios de operacionalidade e disponibilidade energética
em sistemas fotovoltaicos é realizada por uma estação meteorológica que mede
74
algumas variáveis como irradiância global e difusa, temperatura ambiente,
umidade relativa, velocidade e direção do vento.
As fotos da figura 20 mostram os componentes da estação meteorológica do
LSF-IEE-USP.
Figura 20: Estação meteorológica do LSF-IEE-USP.
Essa estação meteorológica é composta por três piranômetros, um anel de
sombreamento, uma sonda para medição de temperatura e umidade, um
registrador de dados e um módulo fotovoltaico acoplado a uma bateria para
fornecimento de energia elétrica para o conjunto. A Tabela 1 descreve o conjunto
de variáveis medidas por essa estação.
Tabela 1: Conjunto das variáveis medidas pela estação meteorológica do LSF-IEE-USP.
Variável
Irradiação global no
plano horizontal
Unidade
Wh/m2
Equipamento de
medição
Piranômetro instalado no
plano horizontal.
Precisão
 0,05 V/W.m-2
75
Irradiação global no
plano inclinado
Wh/m2
Piranômetro instalado no
plano inclinado.
 0,05 V/W.m-2
Irradiação difusa no
plano horizontal
Wh/m2
Piranômetro instalado no
plano horizontal com anel
de sombreamento.
 0,05 V/W.m-2
Temperatura
ambiente
Graus
(°C)
Sonda de temperatura
± 0,1 °C
Umidade
Umidade
relativa (%)
Sonda de umidade
1%
Velocidade do vento
m/s
Anemômetro
± 0,5 m/s
Direção do vento
Ângulo
Sensor de direção
±5°
Celsius
Os próximos parágrafos discorrem sobre os ensaios propriamente ditos e
sobre a instrumentação utilizada para a execução dos procedimentos de testes
nesses equipamentos. A descrição tem início com os ensaios em módulos
fotovoltaicos, compreende os testes em controladores de carga e descarga e
inversores c.c./c.a. para sistemas isolados e finaliza com os testes em inversores
c.c./c.a. para conexão à rede elétrica.
Os procedimentos para ensaios de módulos fotovoltaicos estão baseados nos
três primeiros itens da norma IEC 61215 (Crystalline Silicon Terrestrial
Photovoltaic Modules - Design Qualification and Type Approval). Para a execução
dos ensaios são necessários dois módulos fotovoltaicos do mesmo modelo,
selecionados aleatoriamente dos depósitos dos fabricantes/fornecedores. A
sequência de ensaios inicia com um tratamento prévio de 5 kWh/m2 seguido por
testes de inspeção visual, determinação da máxima potência e isolamento elétrico.
A Tabela 2 apresenta a relação dos ensaios em módulos fotovoltaicos
exigidos pelo Programa Brasileiro de Etiquetagem do INMETRO.
Tabela 2: Ensaios de etiquetagem para módulos fotovoltaicos.
Ensaio
Descrição
Verificação inicial
Realizar inspeção visual no módulo fotovoltaico
e verificar se as informações do manual de
operação conferem com as existentes na placa
de identificação do equipamento.
Pré-condicionamento
Expor o módulo fotovoltaico em circuito aberto
a um nível de irradiação entre 5 kWh/m2 e 5,5
76
kWh/m2.
Inspeção visual após pré-condicionamento
Verificar se, após a exposição, o módulo
fotovoltaico não sofreu nenhuma alteração
visual.
Determinação da máxima potência
Determinação do ponto de máxima potência do
módulo nas condições padrão de ensaio (STC).
Isolamento elétrico
Determinação do nível de isolamento elétrico
entre os terminais positivo e negativo e a
moldura do módulo fotovoltaico.
Para a realização do ensaio de pré-condicionamento, cada módulo
fotovoltaico é exposto ao ar livre juntamente com um instrumento de medição,
cuja função é mensurar a quantidade de energia solar incidente no módulo sob
teste. Existem diferentes tipos de instrumentos de medição para quantificar a
energia da radiação solar. Na Unidade de Capacitação Tecnológica do LSF-IEE-USP
esta função é realizada pelo piranômetro marca Kipp & Zonen, modelo CM 11,
montado em uma estrutura no mesmo plano que o módulo sob ensaio, como
mostrado na Figura 21.
Figura 21: Ensaio em módulo fotovoltaico – pré-condicionamento.
O ensaio de inspeção visual analisa os aspectos construtivos dos módulos
fotovoltaicos, observando situações como: superfícies externas defeituosas; células
quebradas, desalinhadas, tocando-se entre si ou em contato com a moldura do
77
módulo; interconexões entre células com defeitos; surgimento de bolhas ou
delaminações; má vedação entre moldura e vidro; terminais elétricos defeituosos
ou partes elétricas expostas; outras condições que possam afetar o desempenho da
amostra sob teste. Para execução desses procedimentos de observação, a norma
IEC 61215 exige um nível de iluminação superior a 1.000 lux, sendo necessário,
portanto, o uso de um luxímetro para aferir esse nível no momento da inspeção
visual. As fotos da Figura 22 mostram um técnico verificando o nível de iluminação
com um luxímetro e realizando a inspeção visual.
Figura 22: Ensaio em módulo fotovoltaico – inspeção visual.
Para a execução dos procedimentos que determinam a máxima potência
elétrica de módulos fotovoltaicos, faz-se necessário o estabelecimento de certas
condições padronizadas, denominadas na literatura como condições-padrão de
teste. Estas condições são definidas por normas internacionais e tratam da
composição espectral da radiação utilizada na medição, da intensidade desta
radiação e da temperatura das células fotovoltaicas no momento da medida. Os
valores padronizados para as condições de medida são: espectro AM 1.5,
irradiância 1.000 W/m2 e temperatura das células fotovoltaicas de 25 °C.
A portaria INMETRO 004/2011 permite a determinação da potência do
módulo fotovoltaico por meio de medições realizadas em ambiente externo ou com
simulador solar. Em ambas as situações, deve-se medir simultaneamente a tensão
elétrica, a corrente elétrica, a irradiância e a temperatura, conforme estabelecido
pela norma IEC 61215. Ao realizar essas medições é possível traçar uma curva
tensão versus corrente, cujos pares ordenados são os valores de tensão e corrente
elétrica medidos pelos instrumentos conectados ao módulo fotovoltaico sob teste.
78
Essa curva é referenciada na literatura como curva característica do módulo
fotovoltaico e a sua análise é o ponto de partida para a realização de projetos
envolvendo sistemas fotovoltaicos.
Na Unidade de Capacitação Tecnológica do LSF-IEE-USP, pode-se determinar
a curva característica de um módulo fotovoltaico tanto por meio de instrumentos
conectados ao módulo exposto a Sol real como através de um simulador solar do
tipo flash, ou seja, de radiação solar simulada pulsada. A Figura 23 mostra um
módulo fotovoltaico sob ensaio a Sol real e um piranômetro para verificação da
irradiância no momento do teste.
Figura 23: Ensaio em módulo fotovoltaico –medição a Sol real.
A Figura 24 mostra a carga eletrônica marca PVE, modelo PVMP 1000C40, e
os sensores de radiação e temperatura utilizados para medição de módulo
fotovoltaico a Sol real no LSF-IEE-USP. Nesse ensaio, a carga eletrônica conectada
no módulo sob teste faz com que ele funcione em todos os pontos de sua curva
característica, do circuito aberto até curto-circuito. Durante essa polarização do
módulo, o sensor de irradiância mede a energia solar incidente. Na foto, observamse três diferentes sensores de irradiância usados para medição de diferentes tipos
de módulos fotovoltaicos, dispostos da esquerda para a direita (filme fino,
monocristalino e policristalino).
79
Figura 24: Ensaio em módulo fotovoltaico – carga eletrônica e sensores para medição a Sol real.
Para a realização do ensaio que determina a máxima potência do módulo
fotovoltaico por meio de espectro simulado, utiliza-se um simulador solar de
fabricação alemã, da empresa OptoSolar, modelo Flashlight Simulator Sol 2x2m. O
termo simulador solar utilizado neste trabalho refere-se a um conjunto de
componentes instalados apropriadamente em um laboratório climatizado, o qual
possui uma sala escura com 7 metros de comprimento por 2,5 metros de largura e
2,5 metros de altura. Os componentes citados são: lâmpada Xenon, fonte de
alimentação da lâmpada, célula de referência, transdutores de temperatura,
computador e sistema de medição.
A figura 25 mostra, da esquerda para a direita, a fonte de alimentação da
lâmpada Xenon, o computador de controle do ensaio, a fonte de tensão contínua
para polarização do módulo fotovoltaico sob teste, o circuito que sincroniza a
medida das variáveis com o flash plateau da lâmpada e a carga eletrônica que
recebe os sinais de irradiância, temperatura, corrente e tensão elétrica vindos do
experimento montado na sala escura mostrada na figura 26.
80
Figura 25: Ensaio em módulo fotovoltaico – simulador solar do LSF-IEE-USP.
A foto da Figura 26 mostra uma vista interna da sala escura a partir da porta.
Ao fundo, nota-se a estrutura contendo a lâmpada Xenon e, em primeiro plano,
tem-se o suporte para fixação do módulo fotovoltaico e da célula de referência,
juntamente com as conexões para medição da irradiância, tensão do módulo,
corrente do módulo, temperatura ambiente, temperatura do módulo e
temperatura da célula de referência.
Figura 26: Ensaio em módulo fotovoltaico – sala escura do simulador solar.
81
A Figura 27 mostra a caixa metálica contendo o bulbo da lâmpada Xenon
utilizada como fonte de luz no teste indoor de módulo fotovoltaico.
Figura 27: Ensaio em módulo fotovoltaico – lâmpada Xenon do simulador solar.
A Figura 28 mostra a estrutura de suporte para posicionamento do módulo
fotovoltaico e da célula de referência no mesmo plano. Na foto aparecem quatro
células de referência, o módulo fotovoltaico sob teste e um pequeno módulo
fotovoltaico para sincronismo com o flash da lâmpada. Para ensaios de
etiquetagem é necessário apenas uma célula de referência e o módulo a ser
testado. A montagem mostrada na foto é realizada uma vez por ano no simulador
solar do LSF-IEE-USP, para fins de comparação dos resultados obtidos pelo
simulador solar com outros métodos de medida. Tal procedimento de verificação é
exigido pelo INMETRO por meio da norma IEC 17025.
82
Figura 28: Ensaio em módulo fotovoltaico – estrutura de suporte para módulo e célula de referência do
simulador solar.
O sistema de medição é composto por uma carga eletrônica e um conjunto de
conversores analógico/digital de 12 bits que realizam a aquisição das variáveis. Os
conversores recebem os sinais analógicos dos canais de entrada e transferem para
o computador os respectivos valores digitais desses canais. Durante o flash
plateau, a carga eletrônica mede simultaneamente os valores de corrente, tensão,
irradiância e temperaturas, podendo-se, assim, determinar a curva característica
do módulo fotovoltaico e o seu ponto de máxima potência.
As medições e a visualização dos resultados dos ensaios realizados no
simulador solar são controladas por um microcomputador conectado a uma carga
eletrônica. Por meio do software de operação do simulador é possível transferir a
curva característica medida para as condições-padrão ou para qualquer outra
condição de referência desejada. Tal correção da curva característica do módulo é
realizada levando-se em conta a irradiância e as temperaturas do módulo, do
ambiente e da célula de referência. Esses procedimentos de transferência dessa
curva estão de acordo com a norma IEC 60891.
Após o conhecimento da máxima potência do módulo fotovoltaico, mede-se a
largura e o comprimento do módulo fotovoltaico para determinação da sua área
83
externa. Com os valores da máxima potência e da área externa do módulo
fotovoltaico, calcula-se a sua eficiência conforme definido na portaria INMETRO
004/2011. A Figura 29 mostra um exemplo de curva característica medida pelo
simulador solar do LSF-IEE-USP e um exemplo da Etiqueta Nacional de
Conservação de Energia (ENCE) do INMETRO para módulo fotovoltaico.
Produção Média Mensal de Energia (kWh/mês)
Figura 29: Ensaio em módulo fotovoltaico – curva medida e etiqueta de eficiência do INMETRO.
Seguindo o ensaio, um módulo é separado como unidade de controle
enquanto o outro segue para o teste da medição da resistência de isolamento, cujo
objetivo é a determinação do nível de isolamento elétrico entre os terminais
positivo e negativo e a moldura do módulo fotovoltaico. Para a realização deste
ensaio, é necessário um equipamento que gere tensão elétrica na ordem de 3.000 V
e que realize a medição da corrente elétrica que flui entre os terminais do módulo
fotovoltaico e sua carcaça. Um equipamento adequado para realizar os testes
citados chama-se megômetro. No LSF-IEE-USP, o equipamento utilizado para os
testes de isolamento elétrico é o megômetro marca Fluke, modelo 1550B.
Na Figura 30, a foto exibida à esquerda mostra um técnico realizando ensaio
de isolamento elétrico em um módulo fotovoltaico e a da direita mostra uma vista
em detalhe do megômetro e da caixa de junção do módulo sob teste.
84
Figura 30: Ensaio em módulo fotovoltaico – isolamento elétrico.
Por fim, o módulo fotovoltaico é considerado aprovado nos respectivos
ensaios se não houver evidência visual de um defeito importante, se a potência nas
condições-padrão estiver entre -5 % e +10 % da potência nominal e se a
resistência de isolamento atender aos requisitos da norma IEC 61215. A Tabela 3
mostra uma relação com todas as variáveis medidas durante a execução dos
procedimentos exigidos para teste de módulos fotovoltaicos no âmbito da portaria
INMETRO 004/2011.
Tabela 3: Conjunto das variáveis medidas nos ensaios de etiquetagem de módulo fotovoltaico.
Variável
Unidade
Equipamento
utilizado na
medição
Precisão
Irradiação do meio externo
Wh/m2
Piranômetro teste de précondicionamento.
 0,05
V/W.m-2
Iluminação
Lux
Luxímetro – teste
de inspeção visual.
±2%
Corrente elétrica
Ampere (A)
Simulador solar
±1%
Tensão elétrica
Volt (V)
Simulador solar
± 0,5 %
Potência elétrica
Watt (W)
Simulador solar
±2%
Temperatura ambiente
Graus Celsius (°C)
Simulador solar
± 0,1 °C
Temperatura da célula de
referência
Graus Celsius (°C)
Simulador solar
± 0,1 °C
85
Temperatura do módulo
Graus Celsius (°C)
Simulador solar
± 0,1 °C
Irradiação simulada
Wh/m2
Simulador solar
±2%
Resistência elétrica
OHM (Ω)
Megômetro – teste
de isolamento
elétrico.
±1%
Tempo
Minutos
Cronômetro
≤ 1 segundo
Área do módulo
fotovoltaico
metro x metro (m2)
Trena digital –
medição de
largura e
comprimento.
± 1 milímetro
para cada
dimensão
Temperatura do
laboratório de ensaios
Graus Celsius (°C)
Termohigrômetro
– todos os ensaios
possuem registro
de temperatura
ambiente.
± 0,1 °C
Umidade do laboratório de
ensaios
Umidade relativa (%)
Termohigrômetro
- todos os ensaios
possuem registro
de umidade
relativa.
±1%
Controladores de carga e descarga são equipamentos de condicionamento de
potência. Nos sistemas fotovoltaicos eles permitem a conexão segura e otimizada
entre módulos fotovoltaicos e baterias. O controle do processo de carga de uma
bateria evita sobrecargas excessivas provocadas pelos módulos fotovoltaicos,
enquanto o controle na descarga evita descargas profundas ocasionadas pelas
cargas do sistema em questão. Ambos os processos, sobrecarga e descarga
profunda, são prejudiciais para a bateria.
O controlador de carga e descarga é, portanto, um elemento que prolonga o
tempo de vida de uma bateria. Para a execução dos procedimentos de ensaio em
controladores de carga e descarga utilizam-se baterias, fonte de tensão, fonte de
corrente, simulador de gerador fotovoltaico, cargas resistivas e instrumentos de
medição. No LSF-IEE-USP este conjunto de equipamentos e instrumentos foi
organizado em uma bancada de ensaios como mostrado na Figura 31.
86
Figura 31: Bancada de ensaios para controladores de carga e descarga.
A Tabela 4 mostra a relação dos ensaios exigidos para a etiquetagem de
controladores de carga e descarga no contexto da portaria INMETRO 004/2011.
Tabela 4: Ensaios de etiquetagem para controladores de carga e descarga.
Ensaio
Descrição
Verificação inicial
Realizar inspeção visual no controlador e verificar se as
informações do manual de operação conferem com as existentes
na placa de identificação do equipamento.
Queda de tensão
Medir as tensões nos terminais referentes ao gerador
fotovoltaico, à bateria e à carga, a fim de determinar as quedas de
tensões internas.
Tensão de desconexão e
reconexão do gerador
fotovoltaico
Verificar os valores de tensão da bateria que provocam a
desconexão e reconexão do gerador fotovoltaico.
Tensão de desconexão e
reconexão do gerador
fotovoltaico com
compensação por
temperatura
Verificar os valores de tensão da bateria que provocam a
desconexão e reconexão do gerador fotovoltaico quando a
temperatura da bateria varia um determinado valor.
Tensão de desconexão e
reposição das cargas
Verificar os valores de tensão na bateria que provocam a
desconexão e conexão das cargas.
Autoconsumo
Medir a corrente de consumo do controlador quando o gerador
fotovoltaico e as cargas estão desconectados.
87
Proteção contra sobretensão
na entrada do gerador
fotovoltaico
Verificar se o controlador suporta, nos terminais referentes ao
gerador, uma sobretensão de 10% da tensão de circuito aberto do
gerador fotovoltaico.
Proteção contra inversão de
polaridade na conexão do
gerador fotovoltaico
Verificar a atuação da proteção do controlador de carga quando o
gerador fotovoltaico é conectado com a polaridade invertida.
Proteção contra inversão de
polaridade na conexão da
bateria
Verificar a atuação da proteção do controlador de carga quando a
bateria é conectada com a polaridade invertida.
Proteção contra inversão na
sequência de conexão
bateria-gerador fotovoltaico
Verificar a atuação da proteção do controlador de carga quando o
gerador fotovoltaico é conectado antes da bateria.
Proteção contra curtocircuito na saída
Verificar a atuação da proteção do controlador de carga quando a
saída para as cargas é submetida a um curto-circuito.
O controlador de carga e descarga é aprovado no ensaio de conformidade se:
ambas as quedas de tensões, entre gerador fotovoltaico e bateria e entre esta e a
carga, forem menores que 0,8 V; o controlador possuir compensação por
temperatura para controle da desconexão e conexão do gerador fotovoltaico; o
valor da tensão de desconexão e conexão da carga estiver de acordo com o manual
do controlador; a corrente de autoconsumo do controlador for menor que 30 mA; e
o controlador suportar os demais testes de sobretensão, de inversões da
polaridade e de curto-circuito na saída.
A Tabela 5 mostra o conjunto das variáveis medidas nos testes em
controladores de carga e descarga.
Tabela 5: Conjunto das variáveis medidas nos ensaios de etiquetagem de controladores de carga e
descarga.
Variável
Unidade
Equipamento utilizado na
medição
Precisão
Tensão nos
terminais referentes
ao módulo
Volt (V)
Voltímetro ou sistema
aquisição de dados
de
Corrente elétrica
nos terminais
referentes ao
módulo
Ampere (A)
Amperímetro ou sistema de
aquisição de dados
±1%
Tensão elétrica nos
terminais referentes
à bateria
Volt (V)
Voltímetro ou sistema
aquisição de dados
± 0,5 %
de
± 0,5 %
88
Corrente elétrica
nos terminais
referentes à bateria
Ampere (A)
Amperímetro ou sistema de
aquisição de dados
±1%
Tensão elétrica nos
terminais referentes
à saída
Volt (V)
Voltímetro ou sistema
aquisição de dados
± 0,5 %
Corrente elétrica
nos terminais
referentes à saída
Ampere (A)
Amperímetro ou sistema de
aquisição de dados
±1%
Temperatura do
controlador
Graus Celsius
(°C)
Sonda externa do termohigrômetro ou sistema de
aquisição de dados
± 0,1 °C
Temperatura da
câmara climática
usada para teste de
elevação de
temperatura
Graus Celsius
(°C)
Sonda externa do termohigrômetro,
sistema
de
aquisição de dados ou sensor da
câmara climática
± 0,1 °C
Tempo
Minutos
Cronômetro ou sistema
aquisição de dados
≤ 1 segundo
Temperatura do
laboratório de
ensaios
Graus Celsius
(°C)
Termo-higrômetro
± 0,1 °C
Umidade do
laboratório de
ensaios
Umidade
relativa (%)
Termo-higrômetro
±1%
de
de
Até o momento, os ensaios em módulos fotovoltaicos e em controladores de
carga e descarga envolveram eletricidade em sua forma contínua. No entanto,
quando se pretende utilizar a energia solar para alimentar os equipamentos
comumente utilizados na rede elétrica convencional, faz-se necessário o uso de
outro equipamento para condicionamento de potência, o inversor. A função do
inversor é alterar a forma de apresentação da eletricidade, ou seja, passá-la da
forma contínua, vinda dos módulos fotovoltaicos e baterias, para a forma
alternada, semelhante à encontrada na rede elétrica de uma concessionária de
energia.
Existem dois tipos de aplicações para os inversores de corrente contínua
(c.c.) para corrente alternada (c.a.). O primeiro refere-se às aplicações em sistemas
isolados, onde não existe a rede elétrica convencional; o segundo, às aplicações
para utilização em conjunto com a rede elétrica convencional.
89
A estrutura para testes em inversores c.c./c.a. para aplicações isoladas da
rede elétrica convencional requer baterias, fontes de tensão, cargas e instrumentos
de medição. Este conjunto de equipamentos e instrumentos foi organizado em uma
bancada de ensaios como mostrado na figura 32.
Figura 32: Bancada de ensaios em inversores c.c./c.a. para sistemas fotovoltaicos isolados.
A Tabela 6 mostra a relação dos ensaios exigidos para a etiquetagem de
inversores c.c./c.a. para sistemas isolados no contexto da portaria INMETRO
004/2011.
Tabela 6: Ensaios de etiquetagem em inversores c.c./c.a. para sistemas fotovoltaicos isolados.
Ensaio
Descrição
Verificação inicial
Realizar inspeção visual no inversor e verificar se as
informações do manual de operação conferem com aquelas
existentes na placa de identificação do equipamento.
Autoconsumo
Medir a corrente contínua de consumo do inversor quando
as cargas estão desconectadas.
Eficiência em temperatura
ambiente
Medir as correntes e tensões contínuas na entrada e as
correntes e tensões alternadas na saída. Com esses dados,
calcula-se a eficiência para o funcionamento do inversor com
carregamento variando entre 10 % e 100 % da potência
nominal.
Distorção harmônica da tensão de
saída em temperatura ambiente
Medir a distorção harmônica da tensão de saída do inversor
em relação à fundamental de 60 Hz para a faixa de
carregamento entre 10% e 100% da potência nominal de
90
saída.
Regulação de tensão em
temperatura ambiente
Medir a tensão de saída do inversor com carregamento
variando entre 10 % e 100 % da potência nominal.
Regulação de frequência em
temperatura ambiente
Medir a frequência de saída do inversor com carregamento
variando entre 10 % e 100 % da potência nominal.
Avaliação do funcionamento com
sobrecarga na saída de 20%
Verificar a operação do inversor quando conectada uma
carga equivalente a 120 % da potência de saída durante três
minutos.
Avaliação do funcionamento com
sobrecarga na saída de 50%
Verificar a operação do inversor quando conectada uma
carga equivalente a 150 % da potência de saída durante um
minuto.
Avaliação do funcionamento com
motor elétrico conectado na saída
Verificar a partida de um motor com potência equivalente a
1/3 da potência de saída do inversor.
Proteção contra inversão de
polaridade nos terminais de
entrada
Avaliar a atuação da proteção do inversor quando a
polaridade nos terminais referentes à bateria está invertida.
Proteção contra curto-circuito
nos terminais de saída
Avaliar a atuação da proteção do inversor quando ocorre um
curto-circuito na saída.
Eficiência em temperatura de 40
°C controlada
Verificar eficiência como descrito acima, mas em ambiente
de 40 °C.
Distorção harmônica da tensão de
saída em temperatura de 40 °C
controlada
Verificar distorção harmônica como descrito acima, mas em
ambiente de 40 °C.
Regulação de tensão em
temperatura de 40 °C controlada
Verificar regulação de tensão como descrito acima, mas em
ambiente de 40 °C.
Regulação de frequência em
temperatura de 40 °C controlada
Verificar regulação de frequência como descrito acima, mas
em ambiente de 40 °C.
O inversor c.c./c.a. para uso em sistemas fotovoltaicos isolados é considerado
aprovado no ensaio para avaliação da sua conformidade se: a corrente de
autoconsumo for menor que 3 % da corrente contínua a plena carga; a eficiência
na faixa de 10 % a 50 % da potência nominal for igual ou maior a 80 % e na faixa
entre 50 % e 100 % de carregamento for maior que 85 %; a distorção harmônica
de tensão for menor que 5 %; as regulações de tensão e de frequência atenderem
aos requisitos do PRODIST (procedimentos de distribuição elaborados pela
ANEEL, que normatizam e padronizam as atividades técnicas relacionadas ao
funcionamento e desempenho dos sistemas de distribuição de energia elétrica);
suportar os testes de sobrecarga, partida de motor, inversão de polaridade na
91
entrada e curto-circuito na saída; e funcionar durante 5 horas na potência nominal
em temperatura controlada de 40 °C.
A Tabela 7 mostra o conjunto das variáveis medidas nos testes em inversores
c.c./c.a. para sistemas isolados.
Tabela 7: Conjunto das variáveis medidas nos ensaios de etiquetagem de inversores c.c./c.a. para
sistemas fotovoltaicos isolados.
Variável
Unidade
Equipamento utilizado na
medição
Precisão
Tensão elétrica nos
terminais referentes
à bateria
Volt (V)
Multímetro ou sistema de
aquisição de dados
± 0,5 %
Corrente elétrica
nos terminais
referentes à bateria
Ampere (A)
Multímetro ou sistema de
aquisição de dados
±1%
Tensão elétrica nos
terminais referentes
à saída c.a.
Volt (V)
Multímetro ou sistema de
aquisição de dados
± 0,5 %
Corrente elétrica
nos terminais
referentes à saída
c.a.
Ampere (A)
Multímetro ou sistema de
aquisição de dados
±1%
Frequência
Hertz (Hz)
Analisador de qualidade de
energia
≤ 0,1 Hz
Distorção
harmônica
Percentual em
relação à
frequência
fundamental (%)
Analisador de qualidade de
energia
≤ 2,5 %
Temperatura do
inversor c.c./c.a.
Graus Celsius (°C)
Sonda
externa
do
termohigrômetro ou sistema
de aquisição de dados
± 0,1 °C
Temperatura da
câmara climática
Graus Celsius (°C)
Sonda externa do termohigrômetro,
sistema
de
aquisição de dados ou
sensor da câmara climática
± 0,1 °C
Tempo
Minutos
Cronômetro
≤ 1 segundo
Temperatura do
laboratório de
ensaios
Graus Celsius (°C)
Termohigrômetro
± 0,1 °C
Umidade do
laboratório de
ensaios
Umidade relativa
(%)
Termohigrômetro
±1%
92
As descrições dos ensaios para avaliação de inversores c.c./c.a. empreendidas
até este ponto trataram dos inversores para uso em sistemas isolados. Os próximos
parágrafos discorrem acerca da estrutura, dos ensaios e dos instrumentos de
medição empregados para avaliação de inversores c.c./c.a. para uso conectado à
rede elétrica de uma concessionária de energia. A estrutura para testes nesses
inversores requer a utilização de um simulador de gerador fotovoltaico, um
simulador de rede elétrica, cargas e instrumentos de medição, que foram
organizados em uma bancada de ensaios como mostrado na figura 33.
Figura 33: Bancada de ensaios em inversores c.c./c.a. para sistemas fotovoltaicos conectados à rede
elétrica.
A Tabela 8 mostra a relação dos ensaios exigidos para a etiquetagem de
inversores c.c./c.a. para sistemas fotovoltaicos conectados à rede elétrica no
contexto da portaria INMETRO 004/2011.
93
Tabela 8: Ensaios de etiquetagem em inversores c.c./c.a. para sistemas fotovoltaicos conectados à rede
elétrica.
Ensaio
Descrição
Verificação inicial
Realizar inspeção visual no equipamento e verificar se as
informações do manual de operação conferem com as
existentes na placa de identificação do equipamento.
Proteção contra a inversão de
polaridade do gerador fotovoltaico
Verificar a atuação da proteção do inversor quando o
gerador fotovoltaico é conectado com a polaridade
invertida.
Avaliação do funcionamento com
sobrecarga na entrada do gerador
fotovoltaico
Avaliar se o inversor suporta, na entrada do gerador
fotovoltaico, uma sobrecarga de 20% da sua potência
nominal.
Resposta às condições anormais de
tensão da rede elétrica
Avaliar o funcionamento do inversor quando submetido a
afundamentos e elevações de tensão.
Resposta às condições anormais de
frequência da rede elétrica
Avaliar o funcionamento do inversor quando submetido a
frequências abaixo e acima da normal de operação.
Tempo de reconexão do inversor à
rede elétrica após distúrbios na
rede
Medir o tempo que o inversor leva para se reconectar à
rede elétrica após se desconectar por algum distúrbio na
rede.
Ilhamento
Verificar se após uma queda de energia o inversor se
desconecta da rede.
Fator de potência
Medir o fator de potência na saída do inversor para
diferentes potências de entrada.
Distorção harmônica total
Medir a distorção harmônica da tensão de saída do
inversor.
Injeção de componente contínua
Medir a componente contínua existente na saída alternada
do inversor.
Eficiência
Avaliar a eficiência do inversor para diferentes valores da
potência do gerador fotovoltaico.
O inversor c.c./c.a. para uso em sistemas fotovoltaicos conectados à rede
elétrica é considerado aprovado no ensaio de conformidade se: suportar a inversão
de polaridade na entrada c.c. durante 5 minutos; mantiver sua operação normal
após sobrecarga de 20% da potência nominal do inversor durante 15 minutos;
desconectar da rede elétrica dentro do tempo limite estabelecido por norma,
quando submetido às anomalias de tensão e frequência; e reinjetar energia na rede
em um período de tempo não inferior a 20 segundos e não superior a 300
segundos, após o restabelecimento das condições normais de tensão e frequência
que causaram sua desconexão da rede elétrica.
94
A Tabela 9 mostra o conjunto das variáveis medidas nos testes em inversores
c.c./c.a. para uso conectado à rede elétrica da concessionária de energia.
Tabela 9: Conjunto das variáveis medidas nos ensaios de etiquetagem de inversores c.c./c.a. para
sistemas fotovoltaicos conectados à rede elétrica.
Variável
Unidade
Equipamento
utilizado na medição
Precisão
Tensão elétrica nos
terminais referentes ao
módulo fotovoltaico
Volt (V)
Analisador de
qualidade de energia
± 0,5 %
Corrente elétrica nos
terminais referentes ao
módulo fotovoltaico
Ampere (A)
Analisador de
qualidade de energia
±1%
Tensão elétrica nos
terminais referentes à
saída alternada
Volt (V)
Analisador de
qualidade de energia
± 0,5 %
Corrente elétrica nos
terminais referentes à
saída alternada
Ampere (A)
Analisador de
qualidade de energia
±1%
Potência elétrica nos
terminais referentes à
saída alternada
Watt (W)
Analisador de
qualidade de energia
± (0,02 % da
medida + 0,04 %
da escala)
Frequência
Hertz (Hz)
Analisador de
qualidade de energia
≤ 0,1 Hz
Distorção harmônica
Percentual em
relação à frequência
fundamental (%)
Analisador de
qualidade de energia
≤ 2,5 %
Tempo
Minutos
Cronômetro
≤ 1 segundo
Formas de onda de
tensão e corrente
Volt (V)
Osciloscópio
±1%
Temperatura do
laboratório de ensaios
Graus Celsius (°C)
Termo-higrômetro
± 0,1 °C
Umidade do laboratório
de ensaios
Umidade relativa
(%)
Termo-higrômetro
±1%
Taxa de amostragem
(Hz)
≥ 10 kHz
Todos os ensaios descritos até o momento avaliam o funcionamento de
equipamentos fotovoltaicos individualmente, montados em bancadas de testes que
simulam a fonte de energia e os demais equipamentos que formam um
determinado sistema fotovoltaico. Alguns exemplos que ilustram esta afirmação
95
são: simulador solar, simulador de arranjo fotovoltaico, simulador de rede elétrica
e simulador de carga.
A Tabela 10 mostra os requisitos necessários para a acreditação de
laboratório de ensaios em equipamentos para energia solar fotovoltaica, exigidos
pelo INMETRO.
Tabela 10: Requisitos necessários para a acreditação de laboratório de ensaios em equipamentos e
sistemas fotovoltaicos.
Reconhecimento das medições realizadas pelo laboratório perante instituições
metrológicas nacionais e internacionais
O cumprimento dos requisitos da norma NBR ISO/IEC 17025 assegura que os valores medidos
para a irradiância, corrente, tensão, potência e energia elétricas, temperatura, umidade relativa,
tempo, volume e vazão de água e massa de gelo sejam universalmente aceitos. Quando um
laboratório cumpre tais requisitos, torna-se acreditado perante instituições metrológicas.
Normativos
Norma NBR ISO/IEC 17025; portarias INMETRO 004/2011 e 243/2009; normas ABNT/NBR
5410; 16149, 16150 e 62116; normas regulamentadoras do MTE NR-10 e NR-35; resoluções
ANEEL 482/2012 e 493/2012, procedimentos de distribuição de energia (PRODIST); norma de
distribuição de energia elétrica da concessionária local.
Recursos humanos
Os técnicos envolvidos em atividades laboratoriais devem possuir o registro profissional junto
ao CREA.
Para cumprimento da NBR ISO/IEC 17025, os ensaios devem envolver, obrigatoriamente, duas
pessoas (um técnico que faz e outro que confere), até a validação do relatório técnico final.
Todos os treinamentos e qualificações profissionais devem ser registrados no cadastro de
competências do funcionário que realiza atividades acreditadas.
Instrumentos de medição
Deve atender às especificações da portaria INMETRO 004/2011 e às normas as quais ela se
refere quanto à precisão, erro máximo e incerteza na realização das medidas.
Rastreabilidade da medição
Para cumprimento da NBR ISO/IEC 17025, os instrumentos de medição devem ser calibrados
periodicamente em um laboratório acreditado. O relatório de calibração permite rastrear as
medidas até um valor de referência, vindo de um equipamento preciso denominado padrão
primário.
Ensaios Interlaboratoriais
Para promover uma rede de laboratórios acreditados com confiabilidade e garantia da
universalidade do resultado das medidas, faz-se necessária a comparação dos valores
encontrados por diferentes laboratórios, para os mesmos ensaios realizados na mesma amostra.
No Brasil, o INMETRO é a instituição responsável pelo gerenciamento dos ensaios realizados
entre diferentes laboratórios, provendo os procedimentos para a realização da comparação dos
96
resultados.
Infraestrutura
Recursos humanos, logísticos e de espaço físico necessários para recepcionar, identificar e
armazenar as amostras e transportá-las para os locais de exposição ao Sol e para os laboratórios
de ensaios; bem como para realizar os ensaios, emitir os relatórios e devolver as amostras aos
clientes.
Recursos computacionais para manter todos os dados armazenados digitalmente e com cópias
de segurança. Recursos organizacionais para manter a documentação relativa aos
procedimentos de trabalho do laboratório atualizada, bem como para guardar manuais de
equipamentos, relatórios de ensaio, catálogos de produtos e certificados de calibração. Recursos
de espaço físico para guardar todos os materiais, ferramentas e acessórios necessários ao ensaio
de equipamentos e sistemas fotovoltaicos.
Embora os ensaios em equipamentos de energia solar fotovoltaica garantam
a eficiência, confiabilidade e segurança requeridas pelos organismos competentes,
a sua montagem para formar um sistema fotovoltaico necessita de ensaios globais
que avaliem sua operacionalidade e disponibilidade energética. Em outras
palavras, os testes individuais em equipamentos, realizados separadamente em
módulos fotovoltaicos, controladores de carga e inversores c.c./c.a., não garantem
que o sistema formado pela interconexão destes equipamentos funcione
adequadamente.
Para realizar a tarefa de avaliação global de sistema fotovoltaico é necessário
montá-lo em um campo de prova como, por exemplo, os mostrados na descrição da
estrutura física do LSF-IEE-USP. Para os testes em equipamentos fotovoltaicos,
necessita-se de um conjunto de equipamentos para simular situações reais, tais
como os simuladores da radiação solar, do módulo fotovoltaico e da rede elétrica.
Já para os testes em sistemas fotovoltaicos, monta-se o sistema real e avalia-se o
funcionamento do conjunto de maneira global. Estes ensaios avaliam a
operacionalidade do conjunto e a disponibilidade do serviço, seja esse na forma de
energia elétrica para eletrificação, de água bombeada, de água tratada ou de gelo
produzido.
Foram instalados no LSF-IEE-USP diversos arranjos fotovoltaicos, com
diferentes tecnologias (Silício monocristalino, policristalino e amorfo), com o
objetivo de testar distintas configurações de sistemas para atender à diversidade
de aplicações da energia solar fotovoltaica. A este conjunto de geradores de
energia, somam-se equipamentos para condicionamento de potência, sistemas de
97
acumulação de energia e equipamentos de uso final. Todos os elementos citados
compõem a estrutura física do referido laboratório e estão dispostos no campo de
prova mencionado.
Entre os equipamentos de condicionamento de potência, destacam-se os
controladores de carga e descarga, inversores c.c./c.a. e conversores de frequência.
Para acumulação de energia, têm-se baterias eletroquímicas, caixas de água e
compartimento térmico. Para utilização da energia gerada pelos sistemas
fotovoltaicos, há equipamentos de uso final como motobombas, motores de
indução, cargas resistivas, geladeiras, computadores, impressoras, roteadores de
internet, televisores, lâmpadas, ventiladores, dentre outros. A maioria dos
equipamentos de uso final utilizada na rede elétrica convencional pode ser
conectada normalmente aos sistemas fotovoltaicos.
A estrutura do campo de prova contempla desde pequenas aplicações, como
um poste de iluminação pública alimentado com energia solar, até sistemas
maiores, como uma usina solar fotovoltaica conectada à rede elétrica do campus da
Universidade de São Paulo. Esta última está em fase de construção e conta com
recursos da Chamada de Projeto de P&D Estratégico nº 013/2011 da ANEEL –
Arranjos Técnicos e Comerciais para Inserção da Geração Solar Fotovoltaica na
Matriz Energética Brasileira – que prevê a instalação de 525 kWp de módulos
fotovoltaicos no LSF-IEE-USP, de diferentes tecnologias de fabricação, arranjados
em diversos sistemas conectados à rede elétrica e com distintos níveis de
integração ao ambiente construído, como por exemplo instalações sobre o terreno,
sobre o telhado e como cobertura de estacionamento.
Finalmente, menciona-se que, embora o INMETRO tenha se manifestado
favorável à criação de procedimentos específicos para a avaliação da
disponibilidade energética de sistemas fotovoltaicos, na prática isto ainda não
ocorreu. Para prover essa carência, os procedimentos usados para os ensaios de
operacionalidade e disponibilidade energética apresentados neste trabalho foram
desenvolvidos pelos pesquisadores do LSF-IEE-USP. A Tabela 11 mostra a relação
dos ensaios de operacionalidade e disponibilidade energética de sistemas
fotovoltaicos realizados nas dependências do LSF-IEE-USP.
98
Tabela 11: Ensaios de operacionalidade e disponibilidade energética realizados em sistemas
fotovoltaicos.
Sistema fotovoltaico para bombeamento de água
Operacionalidade – sistema isolado: verificação de funcionamento do conjunto gerador
fotovoltaico, conversor de frequência e motobomba. Medição das eficiências dos componentes
do sistema.
Disponibilidade energética: medição do volume de água bombeado por dia (m3/dia).
Sistema fotovoltaico para dessalinização de água
Operacionalidade – sistema isolado: verificação de funcionamento do conjunto gerador
fotovoltaico, dessalinizador, controlador de carga e baterias. Medição das eficiências dos
componentes do sistema.
Disponibilidade energética: medição do volume de água dessalinizada por dia (m3/dia).
Sistema fotovoltaico para produção de gelo
Operacionalidade – sistema isolado: verificação de funcionamento do conjunto gerador
fotovoltaico, conversor de frequência e máquina de gelo. Medição das eficiências dos
componentes do sistema.
Disponibilidade energética: medição da massa de gelo produzida por dia (kg/dia).
Sistema fotovoltaico domiciliar
Operacionalidade: verificação de funcionamento do conjunto gerador fotovoltaico,
controlador de carga, inversor c.c./c.a. e baterias. Medição das eficiências dos componentes do
sistema.
Disponibilidade energética: medições diárias da energia elétrica em corrente contínua gerada
pelos módulos fotovoltaicos; do fluxo de corrente e variações de tensão nas baterias; e da
energia elétrica em corrente alternada disponibilizada para as cargas.
Sistema fotovoltaico conectado à rede elétrica
Operacionalidade: verificação de funcionamento do conjunto gerador fotovoltaico, inversor
c.c./c.a. e quadro elétrico para conexão com a rede elétrica da concessionária de energia.
Medição das eficiências dos componentes do sistema.
Disponibilidade energética: medições diárias da energia elétrica em corrente contínua gerada
pelos módulos fotovoltaicos e da energia elétrica em corrente alternada injetada na rede
elétrica da concessionária de energia.
Sistema híbrido de geração de energia elétrica
Operacionalidade: verificação de funcionamento dos inversores bidirecionais, inversores
c.c./c.a. de conexão à rede elétrica, controladores de carga, baterias, gerador diesel e cargas.
Medição das tensões e correntes em cargas como motobombas, motores de indução
monofásicos e trifásicos, equipamentos em tensão contínua de 48 V, equipamentos de uso final
nas tensões alternadas de 127 V, 220 V e 380 V, dentre outras. Medição das eficiências dos
componentes do sistema.
Disponibilidade energética: medições diárias da energia elétrica em corrente contínua gerada
pelos módulos fotovoltaicos; do fluxo de corrente e variações de tensão nas baterias; e da
energia elétrica em corrente alternada disponibilizada para as cargas e injetada na rede elétrica
da concessionária de energia. Medição do consumo de óleo combustível do gerador diesel.
99
2.3.
Sistemas fotovoltaicos para bombeamento de água
Os sistemas fotovoltaicos para bombeamento de água da Unidade de
Capacitação Tecnológica do LSF-IEE-USP possuem a configuração de um sistema
isolado utilizando conversor de frequência ou a de uma motobomba conectada ao
sistema híbrido de geração de energia elétrica. Enquanto sistema isolado
utilizando conversor de frequência, opera condicionado às condições de
irradiância, não havendo acumulação eletroquímica, mas armazena-se energia
potencial gravitacional, já que, ao estocar água a certa altura, ela flui por gravidade
até os pontos de coleta da água bombeada.
Na outra configuração é conectada uma motobomba diretamente em um
sistema híbrido de geração de energia elétrica, sem a necessidade do conversor de
frequência. Nesta opção, as estratégias de operação e gestão do sistema
fotovoltaico para bombeamento de água podem ser distintas das utilizadas na
configuração como sistema autônomo. Com objetivo de investigar as diferenças
entre as duas configurações mencionadas, foram instalados estes dois tipos de
sistemas no IEE, conforme ilustram os dois esquemas elétricos das figuras 34 e 35.
Figura 34: Sistema fotovoltaico para bombeamento de água – configuração com conversor de
frequência.
No desenho do quadro elétrico com conversor de frequência, verifica-se a
presença de componentes usuais em instalações elétricas prediais, como
disjuntores e Dispositivos de Proteção contra Surtos (DPS). Embora não estejam
100
explícitos no diagrama representativo da configuração com sistema híbrido, tais
dispositivos encontram-se no quadro de acoplamento da figura 35.
Figura 35: Sistema fotovoltaico para bombeamento de água – configuração com sistema híbrido.
Para melhor visualização dos diversos componentes que constituem os
sistemas fotovoltaicos mostrados nos esquemas, seguem fotos que fazem parte do
arquivo fotográfico do LSF-IEE-USP. Inicia-se com a fotografia da Figura 36, que
mostra os geradores fotovoltaicos utilizados em ensaios de sistemas para
bombeamento de água.
101
Figura 36: Sistemas fotovoltaicos para bombeamento de água –geradores fotovoltaicos.
Em razão da variedade de configurações possíveis de sistemas para
bombeamento de água utilizando conversores de frequência, motobombas e
módulos fotovoltaicos, faz-se necessária a existência de uma estrutura que opere
em uma grande gama de possibilidades e armazene as principais variáveis da
alternativa sob teste.
Uma dificuldade para a realização de ensaios em sistemas para
bombeamento de água refere-se à necessidade de estabelecer condições
adequadas para a realização das medições, como, por exemplo, a existência de uma
altura efetiva de coluna de água para realização dos testes. Essa condição pode ser
alcançada por meio da perfuração de um poço real, da construção de uma torre
externa ou de um sistema que simule uma determinada altura monométrica, para
citar algumas possibilidades. Escavar um poço ou levantar uma torre são
alternativas mais simples, porém demandam maior trabalho operacional para
execução do ensaio. A Figura 37 mostra uma montagem com andaime para simular
uma altura de 10 metros de coluna de água.
102
Figura 37: Sistemas fotovoltaicos para bombeamento de água – montagem de ensaio com coluna de
água conhecida.
Com o objetivo de tornar os testes em motobombas mais práticos e versáteis,
foi desenvolvida uma bancada para ensaios que simula uma determinada altura de
coluna de água, sem a necessidade de uma estrutura como a mostrada na foto da
esquerda da Figura 37. A foto da direita mostra duas motobombas imersas no
reservatório dessa bancada automatizada. Tal bancada foi desenvolvida por Brito
(2006), tendo como referência uma bancada de teste simplificada desenvolvida
por Fedrizzi e Sauer (2001).
A fotografia da Figura 38 mostra a bancada de ensaios para sistemas
fotovoltaicos de bombeamento de água do LSF-IEE-USP, na qual se observam o
reservatório (na cor azul), a tubulação de água, o quadro elétrico com conversor de
frequência, o medidor de vazão, o pressostato, os rotâmetros, o registro de saída e
outros componentes dessa bancada.
103
Figura 38: Sistemas fotovoltaicos para bombeamento de água – bancada para ensaios de
operacionalidade e disponibilidade.
Fonte: Brito (2006).
O sistema fotovoltaico a ser testado é composto por um quadro elétrico com
conversor de frequência, um gerador fotovoltaico e uma motobomba. Esse
conjunto passa alguns dias conectado na bancada de ensaios até que se obtenha
dados estatisticamente relevantes. Nesse universo amostral devem figurar dias
com diferentes perfis de insolação, como dias com poucas nuvens, com muitas
nuvens, completamente nublados e com irradiação superior a 5 kWh/m2.
Os ensaios para a verificação do desempenho operacional determinam o
rendimento médio (%) e a produção diária de água (m3/dia) em função da
irradiação diária (kWh/m2) e da altura manométrica total (m). Contudo, em
decorrência das características intrínsecas do sistema de bombeamento solar
fotovoltaico sem bateria, a potência que chega ao sistema é variável e acompanha
as flutuações da irradiância (W/m2). Esta situação requer a adoção de
instrumentação e procedimentos que mantenham a altura manométrica total a um
valor razoavelmente estável ao longo do ensaio (BRITO, 2006).
A Figura 39 evidencia essa instrumentação, na qual uma das motobombas é a
amostra sob teste e a outra tem a função de manter a pressão do sistema
constante, como se a motobomba sob análise estivesse submersa em um poço real.
104
Figura 39: Sistemas fotovoltaicos para bombeamento de água – representação da bancada para
ensaios.
Fonte: Brito (2006).
Como dito anteriormente, existem duas configurações de sistemas
fotovoltaicos para bombeamento de água desenvolvidas no LSF-IEE-USP: uma na
forma de sistema isolado com conversor de frequência e outra conectada na
minirrede de um sistema híbrido de energia.
A Figura 40 mostra uma foto de um quadro elétrico para a configuração com
conversor de frequência, na qual se observa a presença de componentes de
seccionamento e proteção para ambos os circuitos, c.c. e c.a, para a entrada
referente ao gerador fotovoltaico e para a saída conectada à motobomba. O circuito
c.c. possui um disjuntor bipolar e DPS para os terminais positivo e negativo do
gerador fotovoltaico, enquanto o circuito c.a. é composto por disjuntor tripolar e
DPS para a saída trifásica. Nota-se, também, a existência da barra de
equipotencialização para o condutor terra, conforme exigido pela norma NBR
5410.
105
Figura 40: Sistemas fotovoltaicos para bombeamento de água – quadro elétrico com conversor de
frequência.
A Figura 41 mostra uma foto do quadro elétrico para conexão de uma
motobomba na minirrede trifásica do sistema híbrido para geração de energia
elétrica do LSF-IEE-USP.
Figura 41: Sistemas fotovoltaicos para bombeamento de água – quadro elétrico para conexão com o
sistema híbrido.
106
Esse quadro é composto por um medidor de energia, disjuntores tripolares
para corrente alternada e barra de equipotencialização para o condutor terra.
Diferentemente da configuração com conversor de frequência, que possui circuitos
c.c. e c.a., o quadro para a conexão da motobomba com a minirrede possui somente
o circuito c.a., pois a motobomba é conectada diretamente na saída alternada do
sistema híbrido.
O sistema híbrido do LSF opera com os mesmos níveis de tensão da rede
elétrica de uma concessionária de energia, de forma que o quadro elétrico para
conexão da motobomba ao sistema híbrido pode ser utilizado para operação da
motobomba com a rede elétrica convencional. O medidor mostrado nesse quadro é
da marca Landis Gyr, modelo SAGA 2000, com memória interna e interface de
comunicação RS-485, com protocolo ModBus, o que permite a visualização dos
dados à distância.
A bancada para ensaios em sistemas fotovoltaicos de bombeamento de água
do LSF pode simular alturas manométricas de até 100 metros e testar conversores
de frequência e motobombas trifásicas na faixa de 0,5 a 2 CV. Também podem ser
conectadas à bancada bombas menores, alimentadas por sistemas em corrente
contínua. A foto da esquerda na Figura 42 exibe conversores de frequência e a da
direita mostra motobombas trifásicas convencionais, equipamentos utilizados nos
ensaios de bombeamento de água.
Figura 42: Sistemas fotovoltaicos para bombeamento de água – alguns conversores de frequência e
motobombas testados.
Para facilitar a visualização das variáveis em tempo real e para armazenar os
valores de corrente, tensão, pressão, vazão e irradiância, provenientes dos
107
respectivos sensores durante os dias em que um sistema fotovoltaico passa por
ensaios de operacionalidade e disponibilidade, é preciso uma estrutura capaz de
medir, armazenar e exibir os dados pertinentes à avaliação da alternativa sob teste.
No LSF-IEE-USP esta estrutura é composta por um datalogger marca Agilent,
modelo 34970A, conectado a um computador, como mostrado na Figura 43.
Figura 43: Sistemas fotovoltaicos para bombeamento de água – aquisição de dados.
A figura 44 mostra um exemplo de gráfico obtido com a estrutura de
aquisição de dados mencionada. Observa-se nesse gráfico que o volume de água
bombeado pelo sistema fotovoltaico com conversor de frequência sob análise foi
15,25 m3, em um dia com 5,45 kWh/m2 de irradiação.
108
Figura 44: Sistemas fotovoltaicos para bombeamento de água – gráfico operacional.
Fonte: Brito (2006).
A Tabela 12 mostra as variáveis medidas nos ensaios de operacionalidade e
disponibilidade energética em sistemas fotovoltaicos para bombeamento de água.
Tabela 12: Conjunto das variáveis medidas nos ensaios de sistemas fotovoltaicos para bombeamento
de água do LSF-IEE-USP.
Variável
Unidade
Medição
Precisão
Irradiação global
Wh/m2
Estação meteorológica e
célula de referência
 0,05 V/W.m-2
Irradiação difusa
Wh/m2
Estação meteorológica
 0,05 V/W.m-2
Temperatura
ambiente
Graus Celsius (°C)
Estação meteorológica
 0,1 °C
Corrente elétrica do
gerador fotovoltaico
Ampere (A)
Shunt
1%
Tensão elétrica do
gerador fotovoltaico
Volt (V)
Transdutor de tensão
 0,5 %
Corrente elétrica da
motobomba
Ampere (A)
Conversor de
frequência
1%
Tensão elétrica da
motobomba
Volt (V)
Conversor de
frequência
 0,5 %
Altura manométrica
Metros de coluna de água
(m.c.a.)
Manômetro
 1 metro
109
Pressão
Pressão (bar)
Transdutor de pressão
 0,1 bar
Vazão de água
m3/h
Medidor digital de
vazão
± 0,5 %
Informações adicionais sobre a instrumentação e os procedimentos
utilizados para ensaios de operacionalidade e disponibilidade energética desses
sistemas podem ser consultadas em Fedrizzi e Sauer (2001), Brito e Zilles (2004),
Brito e Zilles (2006), Brito et al. (2006) e Brito (2006).
2.4.
Sistemas fotovoltaicos para tratamento de água
A opção de instalar sistemas fotovoltaicos para dessalinização de água no
LSF-IEE-USP deve-se à importância que este tipo de aplicação representa para
algumas regiões do Brasil, como a Região Nordeste. A dessalinização de água
utilizando sistemas fotovoltaicos é uma aplicação da energia solar pouco
difundida; no entanto, o seu potencial de expansão é promissor e constitui-se como
uma alternativa que pode contribuir para a melhoria da qualidade de vida de
milhares de pessoas. Como exemplo, citam-se algumas doenças associadas à falta
ou deficiência no saneamento básico que podem ser controladas por meio do
acesso à água de boa qualidade: diarreias, disenterias, febre tifoide, hepatite A,
leptospirose, poliomielite, entre outras (FUNASA, 2010).
A tecnologia para tratar a água já existe, mas em muitos casos falta a energia
elétrica necessária para o funcionamento do equipamento de dessalinização. Com
o intuito de gerar contribuições para a resolução deste problema, foram montados
dois sistemas fotovoltaicos para dessalinização de água: o primeiro em uma
configuração isolada utilizando baterias e o segundo conectado ao sistema híbrido
de geração de energia elétrica do LSF-IEE-USP, conforme ilustram os dois
esquemas elétricos das figuras 45 e 46.
110
Figura 45: Sistema fotovoltaico para dessalinização de água – configuração como sistema individual
com bateria.
Semelhante ao que ocorre nas instalações para sistemas de bombeamento de
água, as estratégias de operação e gestão de sistemas fotovoltaicos para
tratamento de água na configuração isolada são distintas daquelas utilizadas
quando o dessalinizador é alimentado pelo sistema híbrido. Porém, diferente da
configuração isolada com conversor de frequência usada para bombeamento de
água, a configuração individual com bateria utilizada para dessalinização
possibilita o funcionamento do equipamento a qualquer hora do dia e da noite.
Ao analisar os diagramas multifilares das figuras 45 e 46, nota-se que o
dessalinizador conectado em sistema individual é alimentado em c.c.; já na
configuração com sistema híbrido, o suprimento ocorre em c.a. Essas diferentes
maneiras de fornecer energia ao equipamento de dessalinização são possíveis
alterando-se o ponto de conexão do dessalinizador com o sistema fotovoltaico em
questão. Quando conectado em tensão contínua, o ponto de conexão da saída do
controlador de carga com o dessalinizador ocorre após o circuito de retificação,
localizado no interior do equipamento. Quando conectado à minirrede, o
dessalinizador é utilizado, normalmente, em tensão alternada de 60 Hz, como em
qualquer residência do Brasil.
111
Figura 46: Sistema fotovoltaico para dessalinização de água – configuração com sistema híbrido.
As imagens da figura 47 mostram a estrutura do LSF-IEE-USP para ensaios
em sistemas fotovoltaicos de tratamento de água. Nessas fotos, evidenciam-se os
seus componentes, a saber: (A) gerador fotovoltaico, instalado em um poste de
iluminação pública; reservatório contendo água salobra, localizado na parte
superior do andaime; (B) controlador de carga e descarga com alguns disjuntores;
(C) abrigo com as baterias; e (D) equipamento dessalinizador, com suas duas
saídas, uma contendo água potável e a outra rejeito.
112
Figura 47: Sistema fotovoltaico para dessalinização de água do LSF-IEE-USP.
Fonte: Rosa (2013).
A figura 48 mostra um diagrama em blocos da estrutura desenvolvida por
Rosa (2013) para ensaios em sistemas fotovoltaicos para dessalinização de água
no LSF-IEE-USP. Nesse esquema, a adição de uma motobomba e de um recipiente
ao sistema de tratamento de água possibilita a realização de ensaios durante vários
dias sem a necessidade de intervenção humana. Como resultado do processo de tal
sistema, obtém-se de um lado água potável para utilização e de outro resíduo
gerado para descarte adequado.
Como não se tem uma fonte de água salobra com as mesmas características
das encontradas no semiárido brasileiro, requer-se a preparação de uma solução
que simule a água a ser dessalinizada. Uma vez acondicionada no reservatório, a
solução preparada deve possibilitar o funcionamento do dessalinizador durante
vários dias. Para evitar que o reservatório se torne muito grande e para tornar
mais operacional o teste com diferentes soluções, foram adicionadas uma
113
motobomba e um recipiente, mostrados na figura 48. Dessa forma, após a
dessalinização, a água potável e o rejeito são misturados novamente e bombeados
para o reservatório, permitindo o teste no sistema de dessalinização durante
vários dias de modo autônomo.
Figura 48: Sistema fotovoltaico para dessalinização de água – bancada de ensaio.
A fotografia da esquerda na figura 49 mostra o equipamento para
dessalinizar água utilizado pelo LSF-IEE-USP. Esse equipamento é composto por
filtro de particulados, bomba pressurizadora, filtro de carvão ativado e membrana
de osmose reversa. Na mesma foto, observam-se os dois filtros, de particulados e
de carvão ativado, ambos substituíveis. Ainda na figura 49 exibe-se à direita o
cartucho contendo o filtro de particulados e seus acessórios.
114
Figura 49: Sistema fotovoltaico para dessalinização de água – equipamento dessalinizador.
Fonte: Rosa (2013).
A figura 50 mostra uma vista interna do aparelho para dessalinizar água, na
qual se visualizam o vaso de pressão contendo a membrana de osmose reversa, a
bomba pressurizadora e o circuito elétrico que alimenta o equipamento,
respectivamente A, B e C.
Figura 50: Sistema fotovoltaico para dessalinização de água – detalhes do dessalinizador.
Fonte: Rosa (2013).
115
O equipamento de dessalinização é fabricado pela empresa Permution –
Soluções em Água, de Curitiba, Estado do Paraná. A Tabela 13 apresenta as
principais características do dessalinizador por osmose reversa, modelo Evolution
RO-0220.
Tabela 13: Sistema fotovoltaico para dessalinização de água – características do dessalinizador.
Item
Descrição
Capacidade para dessalinizar água
10 a 20 litros por hora
Sólidos dissolvidos totais na entrada
Máximo de 2.000 mg/litro
Filtro de particulados
Filtro com carvão ativado
Remoção de partículas em suspensão
maiores que 1 μm
Remoção de matéria orgânica
Membrana de osmose reversa
1,8” x 11, 75”
Bomba pressurizadora
Tipo diafragma, motor 24 V em c.c.
Pressão mínima de entrada
0,2 bar
Potência de operação
100 W
Entrada de energia (de fábrica)
220 V, 60 Hz
Entrada de energia (adaptada no LSF)
24 V em tensão contínua
Dimensões do equipamento
35 cm x 15 cm x 40 cm
Como acontece nos ensaios em sistemas fotovoltaicos para bombeamento de
água, nos quais faz-se necessária uma estrutura capaz de medir, armazenar e exibir
os dados pertinentes à avaliação da alternativa sob teste, nos sistemas
fotovoltaicos para tratamento de água também se requer estrutura similar, desta
vez para visualizar e armazenar os valores de corrente, tensão e irradiância,
provenientes dos respectivos sensores durante os dias em que o sistema
fotovoltaico de dessalinização passa por ensaios de operacionalidade e
disponibilidade. Nesses testes, utiliza-se igualmente um datalogger do fabricante
Agilent, modelo 34970A, mostrado na figura 51, conectado a um computador.
116
Figura 51: Ensaios em sistemas fotovoltaicos para dessalinização de água – aquisição de dados.
A figura 52 mostra um gráfico operacional do sistema para dessalinização de
água. Esse gráfico apresenta a variação do fluxo de água dessalinizada em um
período de um ano, utilizando na entrada água salobra com Sólidos Dissolvidos
Totais de 2.000 mg/litro. A interpretação desse gráfico revela que o fluxo de água
potável foi diminuindo gradativamente e, após 2.300 horas de operação, atingiu
11,7 litros por hora. A análise dessa curva, fluxo de água tratada versus tempo,
permite determinar a ocasião para manutenção preventiva no equipamento.
Figura 52: Ensaios em sistemas fotovoltaicos para dessalinização de água – gráfico operacional.
Fonte: Rosa (2013).
117
Uma vez identificado o momento adequado para se efetuar a manutenção
habitual no dessalinizador, deve-se proceder à substituição da membrana que
realiza a osmose reversa e de ambos os filtros (particulados e carvão ativado).
Após a troca da membrana e dos filtros, ocorrida depois de 2.300 horas de
operação, o fluxo de água potável retornou a um valor próximo ao inicial, atingindo
15,9 litros por hora no exemplo relatado.
Com relação ao parâmetro bacteriológico, a análise laboratorial da água
tratada pelo dessalinizador demonstrou que o equipamento foi capaz de retirar
100% dos coliformes E. Coli presentes na água de entrada, propositalmente
contaminada. A Tabela 14 mostra as variáveis medidas nos ensaios de
operacionalidade e disponibilidade energética de sistemas fotovoltaicos para
dessalinização de água.
Tabela 14: Conjunto das variáveis medidas nos ensaios de sistemas fotovoltaicos para dessalinização
de água do LSF-IEE-USP.
Variável
Unidade
Medição
Precisão
Irradiação global
Wh/m2
Estação meteorológica e
célula de referência
 0,05 V/W.m-2
Irradiação difusa
Wh/m2
Estação meteorológica
 0,05 V/W.m-2
Temperatura ambiente
Graus Celsius (°C)
Estação meteorológica
 0,1 °C
Corrente elétrica do
gerador fotovoltaico
Ampere (A)
Shunt
1%
Tensão elétrica do gerador
fotovoltaico
Volt (V)
Transdutor de tensão
 0,5 %
Corrente elétrica das
baterias
Ampere (A)
Shunt
1%
Tensão elétrica das
baterias
Volt (V)
Transdutor de tensão
 0,5 %
Corrente elétrica do
dessalinizador
Ampere (A)
Shunt
1%
Tensão elétrica do
dessalinizador
Volt (V)
Transdutor de tensão
 0,5 %
Altura manométrica
Metros de coluna
de água (m.c.a.)
Manômetro
 1 metro
118
A presente seção descreveu, em linhas gerais, a estrutura laboratorial
existente no LSF-IEE-USP para avaliação de sistemas fotovoltaicos para tratamento
de água. Detalhes sobre a instrumentação e os procedimentos utilizados para
ensaios de operacionalidade e disponibilidade energética desses sistemas podem
ser consultados em Rosa (2013).
2.5.
Sistemas fotovoltaicos para produção de gelo
Os sistemas fotovoltaicos para produção de gelo do LSF-IEE-USP podem
operar de maneira isolada em uma configuração utilizando conversor de
frequência ou em uma configuração com sistema híbrido. Enquanto sistema
isolado utilizando conversor de frequência, opera condicionado às condições de
irradiância, retirando calor da água até que ela atinja a temperatura de 0 °C. A
quantidade de calor envolvida nesse processo é definida na literatura como calor
sensível. Prosseguindo, o sistema fotovoltaico continua retirando calor do
compartimento frio até provocar a solidificação da água.
Essa energia requerida para provocar a mudança no estado físico da água é
denominada como calor latente. Esses fenômenos de transferência de calor
ocorrem durante todo o dia no interior da máquina de gelo. À noite, com a máquina
desligada, a troca de calor entre o ambiente interno e o externo é pequena, graças
ao isolamento térmico do compartimento frio. Dessa forma, a temperatura da água
contida nesse compartimento sofre apenas um leve acréscimo durante o período
noturno.
Outra opção para produzir gelo é conectar a motobomba diretamente em um
sistema híbrido de geração de energia elétrica, sem a necessidade do conversor de
frequência. Nesta configuração, as estratégias de operação e gestão do sistema
fotovoltaico são distintas das utilizadas na configuração como sistema autônomo.
Com objetivo de investigar as diferenças entre as duas configurações, foram
instalados estes dois tipos de sistemas, conforme ilustram os dois esquemas
elétricos das figuras 53 e 54.
119
Figura 53: Sistema fotovoltaico para produção de gelo – configuração com conversor de frequência.
Embora seja evidente a similaridade entre o quadro elétrico com conversor
de frequência para produção de gelo e o utilizado para bombeamento de água, na
prática somente as conexões com os disjuntores e DPS são as mesmas. A principal
diferença ocorre na parametrização do conversor de frequência. Parametrizar
significa inserir códigos no conversor de frequência, por meio de um teclado
existente no próprio equipamento. Esses códigos, listados e descritos no manual do
conversor, permitem sua configuração para realizar diferentes funções. Convém
mencionar que conversores de frequência são amplamente utilizados na indústria,
possuindo inúmeras funcionalidades.
Na configuração com o sistema híbrido de geração de energia elétrica do LSFIEE-USP, conforme ilustra a figura 54, o sistema para produção de gelo funciona
como se estivesse conectado à rede elétrica convencional, podendo produzir gelo
durante o dia e à noite.
120
Figura 54: Sistema fotovoltaico para produção de gelo – configuração com sistema híbrido.
A figura 55 mostra o gerador fotovoltaico de 1 kWp utilizado no sistema
fotovoltaico para produção de gelo na configuração isolada, com conversor de
frequência. Ainda nessa figura, nota-se uma célula de referência no mesmo plano
do gerador, que tem a função de quantificar a energia solar incidente no arranjo
fotovoltaico, o que permite calcular a eficiência do sistema de produção de gelo.
121
Figura 55: Sistema fotovoltaico para produção de gelo – gerador fotovoltaico.
A figura 56 mostra a máquina para produção de gelo do LSF-IEE-USP. Nessa
foto, percebe-se a presença de dois quadros elétricos, um para conexão da
máquina com o conversor de frequência e outro para conectá-la ao sistema híbrido
do LSF. O gabinete termicamente isolado da máquina possui capacidade para
produção de até 90 kg de gelo.
Figura 56: Sistema fotovoltaico para produção de gelo – máquina de gelo do LSF-IEE-USP.
122
A figura 57 evidencia o motor, o compressor e os demais componentes do
circuito térmico, a saber: unidade condensadora com compressor de deslocamento
positivo (Bitzer ARS 070/2-I), fluído R22 para o circuito refrigerante, válvula
solenóide (Danfoss EVR3), válvula de expansão termostática (Danfoss TEX2) e
motor de indução (Weg W21) trifásico de quatro polos com 1,5 HP de potência.
Figura 57: Sistema fotovoltaico para produção de gelo – motor e compressor.
Fonte: Driemeier e Zilles (2010).
As duas fotografias da figura 58 expõem os quadros elétricos para as
distintas configurações de sistema fotovoltaico para produção de gelo. A foto da
esquerda mostra o quadro elétrico usado para conectar a máquina de gelo ao
sistema híbrido, enquanto a da direita exibe o quadro elétrico com conversor de
frequência. O medidor de energia, em destaque na foto da esquerda, é da marca
Landis Gyr, modelo SAGA 2000, com memória interna e interface de comunicação
RS-485.
Distribuídos no interior do quadro elétrico mostrado na foto da direita,
encontram-se o conversor de frequência marca WEG, modelo CFW-08 plus, com 1,5
HP de potência; a fonte de tensão contínua de 24 V, que alimenta o circuito de
controle e a válvula solenóide; o banco de capacitores, para amenizar o ripple na
tensão de entrada do conversor de frequência; o resistor de precisão, shunt, usado
para medir a corrente do gerador fotovoltaico; e disjuntores, terminais de conexão
e barra de equipotencialização, necessários para interconexão dos componentes.
123
Figura 58: Sistema fotovoltaico para produção de gelo – quadros elétricos para as configurações com
sistema híbrido e com conversor de frequência.
O diagrama em blocos explicitado na figura 59 permite visualizar que o
gerador fotovoltaico está conectado diretamente à entrada do conversor c.c./c.c.,
cuja saída fornece uma tensão estabilizada de 24 V que alimenta o circuito de
controle da máquina de gelo. Como o próprio nome sugere, esse circuito controla o
ligamento e desligamento do compressor e da válvula solenóide do circuito de
refrigeração. O funcionamento de ambos, motor do compressor e válvula
solenóide, inicia-se quando a tensão do gerador fotovoltaico atinge um valor
mínimo, que corresponde à potência mínima para o motor trifásico funcionar.
Para a máquina em questão, o circuito de controle aciona a válvula solenóide,
que liga o circuito de refrigeração, apenas quando a tensão do gerador fotovoltaico
for maior que 310 V, aproximadamente. Abaixo desse valor, o módulo fotovoltaico
dissipa sua energia na resistência R, em paralelo com o arranjo fotovoltaico. O
banco de capacitores, representado pela letra C na figura, tem lugar para manter a
tensão na entrada de ambos equipamentos, conversor de frequência e conversor
c.c./c.c., dentro de certos níveis, com a finalidade de assegurar a robustez deste
sistema fotovoltaico.
124
Figura 59: Sistema fotovoltaico para produção de gelo – diagrama em blocos.
Fonte: Driemeier e Zilles (2010).
Evaporador e condensador, sensores de alta e baixa pressão, compressor e
válvula de expansão são alguns dos componentes ilustrados na figura 60, que
mostra o circuito refrigerante da máquina utilizada para ensaios em sistemas
fotovoltaicos para produção de gelo. O referido compressor conecta-se ao motor
por meio de uma correia de acoplamento.
Figura 60: Sistema fotovoltaico para produção de gelo – circuito refrigerante da máquina para
produção de gelo.
Fonte: Driemeier e Zilles (2010).
A figura 61 torna visível o compartimento térmico da máquina de gelo, com
as fôrmas dispostas em seu interior. Uma das fôrmas é exibida fora da máquina, ao
125
lado de acessórios para medição do volume de água a ser congelada. Esse
equipamento para produção de gelo é um produto comercial, fabricado pela
empresa paranaense Refricol, radicada no município de Marechal Cândido Rondon.
No projeto de fábrica, contudo, a máquina de gelo foi concebida para operação
conectada a uma rede elétrica convencional trifásica, com frequência constante de
60 Hz.
A possibilidade de conexão desse equipamento a um gerador fotovoltaico,
sem o uso de baterias eletroquímicas, foi desenvolvida durante as pesquisas de
pós-doutorado de Carlos Driemeier, realizadas no ano de 2010 no LSF-IEE-USP sob
a supervisão do professor Roberto Zilles. Já a operação conectada a uma minirrede
foi objeto de estudo do autor desta tese durante os trabalhos de montagem do
sistema híbrido para geração de energia elétrica da Unidade de Capacitação.
Figura 61: Sistema fotovoltaico para produção de gelo – compartimento interno e fôrmas da máquina
de gelo.
As fotos da figura 62 comprovam o funcionamento do sistema fotovoltaico
para produção de gelo do LSF-IEE-USP. A máquina descrita nessa seção é capaz de
126
produzir 27 kg de gelo em um dia com irradiação de 5,5 kWh/m2, com 1 kWp de
potência fotovoltaica e temperatura inicial da água de aproximadamente 20°C.
Esses valores são para a operação na configuração com conversor de frequência.
Quando conectada ao sistema híbrido, situação na qual a máquina pode operar 24
horas por dia, a produção de gelo alcança os 90 kg diários, valor semelhante à
operação conectada com a rede elétrica convencional.
Figura 62: Sistema fotovoltaico para produção de gelo – gelo produzido em um dia.
A estrutura para ensaios em sistemas fotovoltaicos para produção de gelo do
LSF-IEE-USP conta, para aquisição das variáveis pertinentes, com um datalogger
marca Agilent, modelo 34972A, mostrado na figura 63. Esse modelo permite a
conexão do equipamento de aquisição de dados à rede internet, o que possibilita
monitorar o andamento dos ensaios de operacionalidade e disponibilidade à
distância, durante os dias em que o sistema fotovoltaico é testado.
Figura 63: Sistema fotovoltaico para produção de gelo – aquisição de dados.
127
Os gráficos justapostos da Figura 64 mostram exemplos de variáveis que
podem ser medidas e armazenadas pelo equipamento de aquisição de dados. Na
sequência de cima para baixo, os gráficos mostram irradiância, potência disponível
no gerador fotovoltaico, velocidade de rotação do motor, tensão do gerador
fotovoltaico e pressão de evaporação do circuito refrigerante. Todas essas
variáveis são traçadas em função do tempo, entre 8 e 16 horas de determinado dia.
Figura 64: Sistema fotovoltaico para produção de gelo – gráfico operacional.
Fonte: Driemeier e Zilles (2010).
Um exemplo de avaliação técnica resultante da análise das curvas da figura
64 pode ser descrito da seguinte forma: o motor permanece desligado até que a
irradiância atinja, aproximadamente, 390 W/m². Nessa condição, a tensão no
gerador fotovoltaico alcança um valor na ordem de 310 V, o que possibilita o
acionamento do motor trifásico na velocidade angular de 1.260 rotações por
minuto (rpm). Nota-se a abertura periódica da válvula solenóide, o que modula a
pressão de evaporação do circuito refrigerante. O motor passa a girar mais rápido,
acompanhando a disponibilidade de energia solar. A pressão de evaporação passa
a ser controlada pela válvula de expansão e a tensão continua em torno dos 310 V.
Prosseguindo a análise, a intensidade da radiação solar aumenta. Aproximase do meio-dia solar, o motor atinge então a velocidade máxima suportada pelo
128
compressor, que é de 2.310 rpm. A partir desse ponto a tensão do gerador
fotovoltaico não se mantém mais constante, mas cresce com o aumento da
potência disponível, para que a velocidade máxima não seja ultrapassada. Ao final
do dia, a disponibilidade de potência decresce e a velocidade começa a diminuir até
atingir o valor mínimo de 1.260 rpm. Finalmente, a potência disponível torna-se
menor que a limite e a máquina de gelo desliga.
A Tabela 15 mostra as variáveis medidas nos ensaios de operacionalidade e
disponibilidade energética de sistemas fotovoltaicos para produção de gelo.
Tabela 15: Conjunto das variáveis medidas nos ensaios de sistemas fotovoltaicos para produção de
gelo do LSF-IEE-USP.
Variável
Unidade
Medição
Precisão
Irradiação global
Wh/m2
Estação meteorológica e
célula de referência
 0,05 V/W.m-2
Irradiação difusa
Wh/m2
Estação meteorológica
 0,05 V/W.m-2
Temperatura ambiente
Graus Celsius (°C)
Estação meteorológica
 0,1 °C
Corrente elétrica do
gerador fotovoltaico
Ampere (A)
Shunt
1%
Tensão elétrica do
gerador fotovoltaico
Volt (V)
Transdutor de tensão
 0,5 %
Corrente elétrica da
motor
Ampere (A)
Conversor de
frequência
1%
Tensão elétrica do motor
Volt (V)
Conversor de
frequência
 0,5 %
Frequência elétrica do
motor
Hertz (Hz)
Conversor de
frequência
≤ 0,1 Hz
Rotação do motor
Rotação por
minuto (rpm)
Conversor de
frequência
≤ 1 rpm
Massa de gelo produzida
em um ciclo
Quilograma (kg)
Balança eletrônica
 0,1 kg
Pressão de evaporação
Pressão (bar)
Transdutor de pressão
 0,1 bar
Como dito anteriormente, em muitas situações não é a falta de solução para
um problema que impede a sua resolução, mas sim a falta de energia elétrica para
funcionamento de equipamentos. Aproveitar a energia solar para gerar frio e,
assim, possibilitar o desenvolvimento local de populações por meio de atividades
129
produtivas que utilizam gelo foi a motivação para as pesquisas em sistemas
fotovoltaicos para produção de gelo no LSF.
Espera-se que esse tipo de aplicação desperte interesse e se dissemine pelo
país, para diminuir esforços de parte de sua população que precisa ao menos de
gelo, já que a eletricidade para conservação de alimentos, por enquanto, não passa
de perspectiva.
Detalhes que possibilitam um entendimento pormenorizado do sistema
fotovoltaico para produção de gelo com conversor de frequência podem ser
encontrados nas duas publicações de Driemeier e Zilles, realizadas no ano de 2010
e referenciadas na bibliografia desta tese.
2.6.
Sistemas fotovoltaicos para eletrificação domiciliar
Sistemas fotovoltaicos para eletrificar domicílios não atendidos pela rede
elétrica convencional, denominados na literatura internacional como Solar Home
Systems e doravante denominados Sistemas Fotovoltaicos Domiciliares (SFDs),
estão regulamentados pela ANEEL desde 2004 e podem, portanto, ser utilizados
pelas concessionárias de energia para cumprimento de suas metas de
universalização de eletricidade, no âmbito da lei 10.438, publicada pelo Governo
Federal no ano de 2002.
O uso desses sistemas fotovoltaicos dentro desse contexto requer tanto o
cumprimento das exigências regulatórias cabíveis, das quais a certificação dos
componentes do sistema faz parte, quanto a adequação das instalações
fotovoltaicas às normas técnicas brasileiras. Além disso, estratégias de
gerenciamento devem ser postas em prática para garantir o funcionamento
satisfatório dos SFDs. Tais estratégias, entre outras atribuições, devem
operacionalizar o serviço de atendimento aos usuários e prever a coleta e controle
das informações referentes à eletrificação.
Um SFD típico é formado por gerador fotovoltaico, bateria eletroquímica,
controlador de carga e inversor c.c./c.a. O sistema funciona da seguinte forma:
130
durante o dia, o gerador fotovoltaico fornece energia para o domicílio e para
carregar as baterias; à noite, o inversor recorre à bateria para fornecer eletricidade
para os equipamentos de uso final. O sistema de acumulação deve ser projetado
para possuir alguns dias de autonomia, para evitar faltas de energia a cada
sequência de dias nublados. A resolução ANEEL 493/2012 determina dois dias de
autonomia para SFDs.
A figura 65 apresenta o diagrama elétrico genérico dos sistemas fotovoltaicos
para eletrificação de domicílios remotos existentes no LSF-IEE-USP3.
Figura 65: Sistema fotovoltaico para eletrificação domiciliar – configuração com sistema individual.
A figura 66 exibe o diagrama elétrico do sistema híbrido do LSF-IEE-USP,
destacando o desenho de uma casa. Essa alusão refere-se a um domicílio ou a
qualquer espécie de habitação, seja ela domiciliar ou comunitária, como centros
comunitários, escolas, postos de saúde, centros de formação profissional,
comunicação radiofônica, entre outras aplicações, algumas elencadas na figura 2.
Na Unidade de Capacitação Tecnológica do LSF-IEE-USP existem alguns protótipos de SFDs,
entre eles: sistema para fornecimento de energia para equipamento de monitoramento de
descargas atmosféricas, sistemas para suprimento elétrico de coleta de dados meteorológicos, kits
didáticos e protótipo de SIGFI13. Nesta tese, por questões de espaço, apresenta-se apenas um
Sistema Fotovoltaico Domiciliar do tipo SIGFI45.
3
131
Figura 66: Sistema fotovoltaico para eletrificação domiciliar – configuração com sistema híbrido.
A figura 67 mostra uma habitação que possui um sistema fotovoltaico
domiciliar. Tal construção faz parte da infraestrutura do LSF-IEE-USP e é utilizada
como um laboratório de pesquisa. A gênese deste sistema fotovoltaico teve como
motivação a existência de inúmeras escolas rurais sem eletricidade no país.
Constatada essa realidade, propôs-se à Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado
de São Paulo (FAPESP), em 1995, um projeto para construir uma habitação com
um sistema fotovoltaico.
Além da preocupação em definir uma construção que pudesse representar
fisicamente essas escolas, em termos de área construída, dimensionou-se um
sistema que demonstrasse a viabilidade da energia solar no atendimento de
demandas tipicamente requeridas para atividades educacionais, tais como:
iluminação,
uso
de
computadores,
retroprojetores,
equipamentos
de
telecomunicações, entre outros.
A concretização dessa proposta pode ser visualizada nas fotos exibidas nas
figuras 67, 68 e 69. Na primeira dessas fotos, observa-se uma vista do arranjo
132
fotovoltaico instalado nessa construção, no mesmo plano do telhado, como uma
espécie de vivência coberta.
Figura 67: Sistema fotovoltaico para eletrificação domiciliar do LSF-IEE-USP – protótipo de
escola rural.
Esse laboratório, construído em forma de escola rural, representa muitas
dessas instituições remotamente localizadas, cuja composição de cômodos se
resume a uma sala multisseriada, uma cozinha e um banheiro. A figura 68 mostra
os equipamentos para condicionamento de potência, controlador de carga,
inversor c.c./c.a. e quadros elétricos de medição, seccionamento e distribuição de
energia elétrica desse sistema fotovoltaico.
133
Figura 68: Sistema fotovoltaico para eletrificação domiciliar – instalações internas.
Agregou-se um sistema para bombeamento de água a essa construção,
aumentando-se o rol de benfeitorias propiciadas pela energia solar. A figura 69
mostra outra vista dessa habitação/laboratório: em primeiro plano, observa-se a
caixa de água e, ao seu lado esquerdo, em segundo plano, nota-se o abrigo de
baterias, coberto com telhas e cercado por tela. Esse sistema fotovoltaico, hoje em
dia, pode ser enquadrado como um SIGFI45, conforme Resolução ANEEL
493/2012.
134
Figura 69: Sistema fotovoltaico para eletrificação domiciliar – vista do abrigo para baterias e da caixa
de água da habitação.
A figura 70 mostra um datalogger Agilent 34970A conectado a um
computador, ambos integrantes da estrutura de aquisição de dados utilizada para
ensaios em sistemas fotovoltaicos domiciliares. O referido datalogger é recorrente
nos ensaios realizados no LSF, pelo fato de permitir a aquisição de até 60 variáveis
com níveis de tensão de 1 µV a 300 V e com frequência até 500 Hz4.
Essa versatilidade justifica a existência de alguns desses equipamentos no
LSF, o que possibilita a medição de variáveis durante o período em que os sistemas
fotovoltaicos passam por ensaios de operacionalidade e disponibilidade
energética. Na tela do computador que aparece na foto da figura 70, nota-se um
modo de visualização de variáveis em tempo real e no display do datalogger
aparece o valor da irradiância na ocasião da medida, próximo a 99 W/m2.
4 A frequência do sinal que o datalogger consegue registrar depende do número de variáveis
que estão sendo medidas. Isso ocorre porque o modelo 34970A é um multiplexador, quer dizer, ele
mede uma variável por vez. Nos ensaios de operacionalidade e disponibilidade energética, um
intervalo de medida de até 5 segundos apresenta uma boa relação de compromisso entre precisão e
capacidade de memória interna do equipamento registrador de dados. A lista das variáveis medidas
em cada um dos sistemas fotovoltaicos do LSF-IEE-USP pode ser verificada nas tabelas que
encerram as seções 2.3 a 2.8.
135
Figura 70: Ensaios em sistemas fotovoltaicos para eletrificação domiciliar – aquisição de dados.
A figura 71 mostra um exemplo de gráfico, elaborado a partir dos dados
armazenados da memória interna do datalogger, que auxilia na avaliação técnica
de um sistema fotovoltaico domiciliar. As curvas desse gráfico relevam o
comportamento de algumas variáveis em função do tempo, são elas: irradiância
global no plano inclinado, tensão contínua nos três terminais do controlador de
carga e descarga e tensão alternada em 60 Hz na saída do inversor c.c./c.a. Nota-se,
observando o gráfico da irradiância, que esse dia de ensaio foi ensolarado durante
a manhã e com muitas nuvens na parte da tarde.
Figura 71: Ensaios em sistemas fotovoltaicos para eletrificação domiciliar – gráfico operacional.
136
A Tabela 16 mostra as variáveis medidas nos ensaios de operacionalidade e
disponibilidade energética de sistemas fotovoltaicos domiciliares.
Tabela 16: Conjunto das variáveis medidas nos ensaios de sistemas fotovoltaicos domiciliares do LSFIEE-USP.
Variável
Unidade
Medição
Precisão
Irradiação global
Wh/m2
Estação meteorológica e
célula de referência
 0,05 V/W.m-2
Irradiação difusa
Wh/m2
Estação meteorológica
 0,05 V/W.m-2
Temperatura ambiente
Graus Celsius (°C)
Estação meteorológica
 0,1 °C
Corrente elétrica do gerador
fotovoltaico
Ampere (A)
Shunt
1%
Tensão elétrica do gerador
fotovoltaico
Volt (V)
Transdutor de tensão
 0,5 %
Corrente elétrica das
baterias
Ampere (A)
Shunt
1%
Tensão elétrica das baterias
Volt (V)
Transdutor de tensão
 0,5 %
Corrente elétrica das cargas
Ampere (A)
Shunt
1%
Tensão elétrica das cargas
Volt (V)
Transdutor de tensão
 0,5 %
Energia elétrica das cargas
Ampere-hora
(Ah)
Medidor de Ah
≤ 0,01 Ah
Uma análise nas características elétricas do dessalinizador permite concluir
que ele poderia ser utilizado diretamente em um sistema fotovoltaico domiciliar.
Nesta tese, ele foi apresentado separadamente por dois motivos: o primeiro,
refere-se à importância do tema. A água potável é fundamental para a qualidade de
vida das pessoas, o que justifica o desenvolvimento de sistemas que ampliem o
leque de opções e contribuam para a disseminação de dessalinizadores. Nesse
sentido, fazer funcionar o equipamento de dessalinização sem a necessidade do
inversor c.c./c.a., por si só, mereceria uma abordagem diferenciada.
O segundo motivo está relacionado ao assunto desta tese, que aborda a
estrutura necessária para laboratórios de ensaio executarem atividades
acreditadas no âmbito da norma IEC 17025. Como visto, os ensaios em sistemas
fotovoltaicos para tratamento de água requerem uma estrutura que contenha caixa
137
de água, tubulações, água salobra e água contaminada com coliformes, além de
questões intrínsecas ao dessalinizador, o que justifica uma seção à parte.
Como considerações finais a respeito dos sistemas fotovoltaicos domiciliares,
ressalta-se que a compreensão dos princípios de funcionamento desse tipo de
sistema é um importante ponto de partida na formação de recursos humanos em
sistemas
fotovoltaicos.
O
entendimento
dos
conceitos
envolvidos
no
dimensionamento de SFDs auxilia no processo de aprendizagem de outras
aplicações. Comparações entre formas de acumulação de energia e a explicação dos
diferentes valores e formas da eletricidade são alguns exemplos de saberes que
podem ser abordados com esse tipo de sistema. Para aprofundamento no tema
Sistemas Fotovoltaicos Domiciliares, seus componentes e dimensionamento,
recomendam-se as seguintes referências: Lorenzo (1994); GTES (1999); e Tiba
(1999).
2.7.
Sistemas fotovoltaicos para conexão à rede elétrica
A conexão de sistemas fotovoltaicos à rede convencional de distribuição de
eletricidade ocupa lugar cada vez mais expressivo entre as aplicações da
tecnologia, pois possibilita o uso de energia solar em centros urbanos ou em
qualquer outro local onde exista uma rede elétrica, dispensando o uso de
acumuladores eletroquímicos de energia e permitindo que a energia excedente
possa ser entregue à rede de distribuição.
Com a ajuda de um inversor, a energia fotovoltaica produzida em tensão
contínua fica disponível em tensão alternada, podendo então ser entregue à rede
de distribuição de eletricidade ou utilizada em qualquer um dos equipamentos
elétricos instalados na edificação, dependendo da forma como é feita a instalação
e/ou do tipo de contrato firmado com a empresa distribuidora de eletricidade.
A figura 72 mostra a configuração básica dos sistemas fotovoltaicos
conectados à rede elétrica que integram a Unidade de Capacitação Tecnológica do
LSF-IEE-USP.
138
Figura 72: Sistema fotovoltaico para conexão à rede elétrica de uma concessionária de energia.
A descrição dos sistemas fotovoltaicos para conexão à rede elétrica inicia-se
com a apresentação de um seguidor solar de um eixo desenvolvido no LSF. Sistema
fotovoltaico com seguimento solar é um sistema em que o arranjo fotovoltaico se
movimenta, seguindo a trajetória aparente do Sol ao longo do dia, com o objetivo
de maximizar a energia solar coletada pelos módulos fotovoltaicos. A figura 73
mostra uma foto do seguidor solar de um eixo do LSF-IEE-USP.
Figura 73: Sistema fotovoltaico para conexão à rede elétrica – seguidor solar de um eixo do LSF-IEEUSP.
139
Sistemas com seguimento solar podem ser usados em qualquer um dos
sistemas fotovoltaicos descritos nesta tese, pois o fato de o gerador fotovoltaico se
movimentar não altera a forma da energia coletada, somente sua quantidade. Esse
tipo de sistema é mais comumente utilizado em centrais fotovoltaicas conectadas à
rede elétrica instaladas em localidades com bons níveis de irradiância direta, pois
em lugares com bastante incidência de nuvens o seguimento solar torna-se menos
atrativo.
Embora os sistemas fotovoltaicos com seguimento solar aportem ganhos
diários na geração de eletricidade, seu uso requer atenção quanto aos mecanismos
que movimentam os módulos fotovoltaicos e ao sombreamento que a
movimentação pode causar em outros sistemas solares. A dificuldade para a
instalação desse tipo de sistema também deve ser considerada; em telhados já
existentes, por exemplo, talvez não seja interessante essa configuração.
Outra situação desvantajosa para sistemas com seguimento solar é a
instalação em localidades remotas, onde a introdução de mais componentes, como
o circuito eletrônico de controle e as partes mecânicas móveis, aumenta também a
probabilidade de falhas e desligamentos no sistema fotovoltaico. Igualmente devese verificar a rede de assistência técnica para os componentes responsáveis pela
movimentação do gerador fotovoltaico.
A figura 74 mostra o seguidor solar de um eixo do LSF sob outra perspectiva,
desta vez destacando a estrutura de suporte e o quadro elétrico que abriga o
circuito de controle.
140
Figura 74: Sistema fotovoltaico para conexão à rede elétrica – estrutura de suporte e quadro elétrico
de controle do seguidor solar de um eixo.
O circuito eletrônico para controle da movimentação dos módulos
fotovoltaicos, instalado no interior do quadro elétrico mostrado na figura 74, é
mostrado na figura 75.
Figura 75: Sistema fotovoltaico para conexão à rede elétrica – quadro elétrico de controle do seguidor
solar de um eixo.
141
O diagrama em blocos da figura 76 ilustra como o circuito de controle que
movimenta o gerador fotovoltaico funciona. A placa de controle recebe sinais
elétricos de três dispositivos (sensor de posição angular, sensor óptico e chave fim
de curso). A placa processa esses sinais e envia um comando para o drive que
aciona o motor. Este é responsável por realizar o trabalho mecânico de
movimentação do arranjo fotovoltaico no decorrer do dia, uma vez que o arranjo
deve acompanhar a trajetória aparente do Sol de Leste a Oeste. Ao anoitecer, o
gerador está voltado para Oeste, pois acompanhou o ocaso do Sol. A placa de
controle envia, então, um comando para o drive, para que movimente o gerador
fotovoltaico para Leste, onde o Sol nascerá no dia seguinte.
Figura 76: Sistema fotovoltaico para conexão à rede elétrica – diagrama em blocos da unidade de
controle do seguidor solar de um eixo.
As fotos da figura 77 exibem os três dispositivos citados anteriormente, da
esquerda para a direita e de cima para baixo: a chave fim de curso, o sensor óptico,
a placa de controle e o sensor de posição angular.
142
Figura 77: Sistema fotovoltaico para conexão à rede elétrica – fotos dos componentes da unidade de
controle do seguidor solar de um eixo.
Outro tipo de seguidor solar pode ser implementado com uma estrutura que
se movimente em dois eixos, chamado seguidor solar de dois eixos. Enquanto no
seguidor solar de um eixo o movimento do gerador fotovoltaico ocorre apenas de
Leste para Oeste, no seguimento com dois eixos o arranjo também se movimenta
no sentido Norte/Sul. Esse grau de liberdade permite que os módulos fotovoltaicos
acompanhem a trajetória aparente do Sol durante todo o ano, adequando-se à
variação da declinação solar.
A figura 78 mostra uma foto de dois sistemas fotovoltaicos conectados à rede
com seguimento solar de dois eixos. Esses sistemas fotovoltaicos fazem parte da
estrutura do LSF-IEE-USP, porém estão localizados no município de Ilha Solteira,
Estado de São Paulo. Em primeiro plano, na figura 78, mostra-se um sistema
fotovoltaico com concentração solar e, ao seu lado, tem-se um sistema fotovoltaico
com módulos convencionais de Silício monocristalino.
143
Figura 78: Sistemas fotovoltaicos para conexão à rede elétrica – seguidores solares de dois eixos do
LSF-IEE-USP.
A figura 79 mostra outra vista das estruturas de sustentação dos geradores
fotovoltaicos, destacando o inversor c.c./c.a. de conexão à rede elétrica e os
quadros elétricos de controle de posicionamento do seguidor solar.
Figura 79: Sistemas fotovoltaicos para conexão à rede elétrica – inversores c.c./c.a. e quadros elétricos
dos seguidores de dois eixos.
144
Com o propósito de verificar as condições ambientais nas proximidades dos
dois seguidores solares, instalou-se uma estação meteorológica para medição de
variáveis atmosféricas como irradiância global e difusa; temperatura e umidade
relativa; e velocidade e direção do vento. Esta estação e seus sensores são exibidos
na figura 80.
Figura 80: Sistemas fotovoltaicos para conexão à rede elétrica – estação meteorológica dos seguidores
de dois eixos.
As fotos da figura 81 mostram detalhes dos componentes da estação
meteorológica instalada em Ilha Solteira, ao lado dos dois seguidores solares de
dois eixos conectados à rede elétrica. Uma importante característica dessa estação,
no sentido de facilitar a operação e a coleta de dados, é a existência de uma esfera
sombreadora que se movimenta automaticamente, com a finalidade de sombrear a
cúpula de um dos piranômetros. Essa funcionalidade da estação possibilita a
medição da irradiância difusa sem a necessidade de intervenção humana, ao
contrário da estação meteorológica mostrada na figura 20, na qual é imperativo o
ajuste manual do anel de sombreamento para obtenção da irradiação difusa.
A fotografia da esquerda na figura 81 mostra os dois piranômetros e o
mecanismo com a esfera sombreadora. A da direita mostra o datalogger para
armazenamento dos dados provenientes dos sensores e o modem de comunicação
por radiofrequência. Este último permite o acompanhamento da operação dos dois
seguidores à distância, desde o campus da USP, na cidade de São Paulo.
145
Figura 81: Sistemas fotovoltaicos para conexão à rede elétrica – piranômetros, esfera de
sombreamento e sistema para aquisição e transmissão de dados dos seguidores de dois eixos.
Tornando a discorrer sobre o tema sistemas fotovoltaicos conectados à rede
elétrica existentes no campus da USP, mas tratando de sistemas conectados à rede
convencional nos quais o gerador fotovoltaico permanece fixo, o LSF possui um
campo de provas para ensaios em sistemas desse tipo. A figura 82 mostra uma
vista de alguns dos arranjos fotovoltaicos que compõem a infraestrutura para
ensaios
de
operacionalidade
e
disponibilidade
energética
em
sistemas
fotovoltaicos conectados à rede elétrica.
Figura 82: Sistemas fotovoltaicos para conexão à rede elétrica – vista dos sistemas do LSF instalados no
terreno, fachada e telhado do prédio de administração do IEE-USP.
146
Esse campo de provas foi concebido com o intuito de apresentar diferentes
possibilidade de integração de sistemas fotovoltaicos ao ambiente construído. Para
tanto, esses sistemas foram instalados de quatro modos distintos: sobre o terreno,
com os módulos próximos ao solo, como se fosse uma central fotovoltaica;
integrados à fachada, em uma disposição em brise; na laje de um prédio, acima das
telhas já existentes; e na forma de estacionamento5, sombreando automóveis. A
figura 83 mostra uma vista da instalação tipo central fotovoltaica de 150 kWp e
uma parte da instalação integrada à fachada do prédio de administração do IEEUSP, com potência de 12,5 kWp.
Figura 83: Sistemas fotovoltaicos para conexão à rede elétrica – vista da fachada do prédio de
administração do IEE-USP.
O eletrocentro, nome dado a um container que abriga o inversor central de
150 kW e demais equipamentos de transformação de energia e comunicação de
dados da instalação na forma de central, é mostrado na figura 84.
O sistema fotovoltaico para conexão à rede elétrica, integrado ao ambiente como uma
cobertura para automóveis, está em fase de construção. Seu projeto prevê a instalação de 150 kWp
de módulos fotovoltaicos distribuídos no estacionamento do prédio de administração do IEE-USP.
5
147
Figura 84: Sistemas fotovoltaicos para conexão à rede elétrica – eletrocentro.
No interior do eletrocentro existe um único inversor c.c./c.a. para conexão à
rede com potência de 150 kW. Isso quer dizer que todos os arranjos fotovoltaicos
instalados sobre o terreno estão conectados nesse equipamento. As fotos da figura
85 mostram uma vista completa do cubículo elétrico que abriga o inversor central
c.c./c.a. e o seu painel, com o display para visualização de parâmetros do sistema e
com a botoeira para parada de emergência.
Figura 85: Sistemas fotovoltaicos para conexão à rede elétrica – painel de comando do inversor
instalado no eletrocentro.
148
A figura 86 exibe algumas fileiras de módulos fotovoltaicos instaladas sobre o
prédio de administração do IEE. As estruturas de sustentação dos arranjos
fotovoltaicos foram postas acima das telhas, não apoiando-se nelas, mas fixando-as
na laje que está embaixo do telhado.
Figura 86: Sistemas fotovoltaicos para conexão à rede elétrica – vista do telhado do prédio de
administração do IEE-USP.
Os geradores fotovoltaicos pertencentes ao sistema fotovoltaico conectado à
rede de 75 kWp instalado sobre o telhado da administração do IEE estão
agrupados em cinco fileiras, cada uma ligada à entrada de um inversor c.c./c.a. A
saída dos inversores, cinco portanto, são conectadas em paralelo ao primário de
um transformador de 220 V para 13,8 kV. A foto da esquerda da figura 87 mostra
um desses inversores, embaixo de uma fileira de módulos fotovoltaicos, ao lado de
uma caixa de junção. A fotografia da direita mostra o transformador de baixa para
média tensão, sendo que na baixa tensão estão as saídas dos cinco inversores
c.c./c.a. e, na média, um ramal de 13,8 kV vindo de uma cabine primária do IEE.
149
Figura 87: Sistemas fotovoltaicos para conexão à rede elétrica – vista de alguns arranjos e do
transformador de 75 kVA.
Na seção sobre conceitos e fundamentos sobre a energia solar fotovoltaica,
explicou-se que a instalação de um sistema fotovoltaico conectado à rede em uma
residência possibilita o intercâmbio de energia entre as instalações elétricas da
casa e a rede elétrica da concessionária de eletricidade, possibilitando a
transferência do excedente de energia gerada pelo domicílio para a rede
convencional. Porém, ainda que nunca ocorra um excedente de energia ou que o
consumo de energia da casa seja maior que a energia produzida pelo sistema
fotovoltaico, a energia solar contribuiria ao menos para a redução da conta de
energia desse consumidor.
A afirmação que um sistema fotovoltaico reduz a conta de luz de uma casa
serve de epígrafe para mostrar a figura 88, cujo gráfico mostra duas curvas que
delimitam três áreas. Uma curva, identificada como Pc, mostra a potência
instantânea demandada por uma residência; outra, chamada PFV, representa a
potência instantânea disponível na saída do inversor de um sistema fotovoltaico
instalado nessa residência. Quando justapostas, essas curvas permitem avaliar se a
conta de energia é menor. Analisa-se se, caso o sistema fotovoltaico não existisse
na casa, a energia consumida da rede elétrica seria matematicamente igual à área
sob a curva Pc.
Com a instalação do sistema fotovoltaico na casa, tem-se uma energia gerada
numericamente igual a área sob a curva PFV. Um medidor de energia que atenda à
resolução ANEEL 482/2012 consegue medir o fluxo de energia entre essa casa e a
rede elétrica da concessionária, isto é, ele é capaz de distinguir a energia direta e a
150
inversa. As áreas delimitadas por essas duas curvas, Pc e PFV, representam a
energia adquirida, a entregue e a consumida por essa casa. A interpretação dessas
áreas permite reafirmar que o sistema fotovoltaico reduz a conta de energia de um
domicílio.
Figura 88: Sistemas fotovoltaicos para conexão à rede elétrica – gráfico operacional.
A figura 89 mostra um exemplo de gráfico, extraído do equipamento de
aquisição de dados, que permite a avaliação técnica do sistema fotovoltaico
conectado à rede elétrica instalado na fachada do prédio de administração do IEE.
Essa figura mostra a energia injetada na rede pelos três inversores c.c./c.a. que
compõem o referido sistema.
151
Figura 89: Sistemas fotovoltaicos para conexão à rede elétrica – gráfico operacional do sistema
fotovoltaico do LSF instalado na fachada do prédio da administração do IEE-USP.
A tabela 17 mostra as variáveis medidas nos ensaios de operacionalidade e
disponibilidade energética de sistemas fotovoltaicos conectados à rede elétrica.
Tabela 17: Conjunto das variáveis medidas nos ensaios de sistemas fotovoltaicos conectados à rede
elétrica do LSF-IEE-USP.
Variável
Unidade
Medição
Precisão
Irradiação global
Wh/m2
Estação meteorológica e
célula de referência
 0,05 V/W.m-2
Irradiação difusa
Wh/m2
Estação meteorológica
 0,05 V/W.m-2
Temperatura ambiente
Graus Celsius (°C)
Estação meteorológica
 0,1 °C
Corrente elétrica do
gerador fotovoltaico
Ampere (A)
Shunt
1%
Tensão elétrica do
gerador fotovoltaico
Volt (V)
Transdutor de tensão
 0,5 %
Corrente elétrica do
inversor
Ampere (A)
Inversor c.c./c.a.
1%
Tensão elétrica do
inversor
Volt (V)
Inversor c.c./c.a.
 0,5 %
Energia injetada na rede
elétrica
Watt-hora (Wh)
Medidor de energia
elétrica
± 0,5 %
152
O uso de sistemas fotovoltaicos conectados à rede elétrica permite que cada
cidadão contribua para a geração de eletricidade do Brasil. Transformar um
telhado em gerador fotovoltaico, mesmo que instalando módulos com uma
classificação de eficiência baixa junto ao INMETRO, significa aumentar em ao
menos 10 % a eficiência energética-espacial de um domicílio. Ressalta-se, portanto,
que discussões a respeito de eficiência devem considerar o contexto já existente,
qual seja, um telhado que não produz energia alguma.
Argumentos que comparam a energia solar com outras opções e afirmam que
a eficiência de módulos fotovoltaicos comerciais não passa de 20 %, como se isso
fosse impeditivo para a disseminação da tecnologia, devem ser vistos com muita
cautela, pois avaliações dos benefícios de determinada tecnologia para uma
residência devem partir da conjuntura instaurada e de todas as externalidades
envolvidas.
2.8.
Sistemas híbridos para geração de energia elétrica
O fornecimento de energia pela rede elétrica convencional é inviável em
muitas áreas remotas, em razão das dificuldades de acesso e dos custos elevados
para construção de usinas ou de longas linhas de transmissão. Por isso, até o
presente, a alternativa mais usual para o atendimento dessas cargas isoladas,
sejam elas pequenas comunidades ou aplicações pontuais, como repetidoras de
telecomunicações e bombeamento de água, por exemplo, é por meio de grupos
geradores a diesel, em uma configuração diesel-elétrica.
A energia elétrica desses sistemas é gerada pelo funcionamento de um motor
a diesel acoplado mecanicamente a um gerador elétrico. Quando o motor é ligado,
ele faz girar o rotor do gerador, o que produz eletricidade por meio do fenômeno
de indução eletromagnética. Para distribuição dessa energia elétrica gerada,
utilizam-se postes com condutores elétricos, como ocorre nos centros urbanos,
mas em uma extensão reduzida, que se limita a centenas de metros ou a poucos
quilômetros.
153
Esses sistemas são frequentemente denominados minirredes diesel por
apresentarem essa extensão física menor, quando comparada à rede elétrica
convencional. É conveniente esclarecer que o prefixo mini, presente no nome da
rede, tem apenas conotação espacial, pois na verdade essas minirredes conseguem
fornecer potências elevadas, com níveis de tensão e frequência equivalentes aos
existentes nas redes elétricas dos centros urbanos. Quando, a um sistema como
esse, agrega-se um sistema fotovoltaico, tem-se um sistema diesel-solar, híbrido
portanto, também chamado de minirrede diesel-fotovoltaica.
O uso de minirredes híbridas tem despertado interesse de concessionárias de
energia elétrica no âmbito da universalização de energia elétrica, por permitir o
aproveitamento dos recursos renováveis existentes na comunidade. Neste sentido,
a energia fotovoltaica é uma alternativa atraente para as comunidades porque é
alimentada por fonte energética universalmente acessível – o Sol – e não depende
do fornecimento contínuo de insumos externos, diferentemente do diesel
necessário a um gerador.
As minirredes instaladas no LSF-IEE-USP são do tipo diesel-fotovoltaica para
uso em comunidade isoladas, mas também podem funcionar conectadas à rede
elétrica convencional, podendo injetar ou consumir energia da rede elétrica de
uma concessionária. Essa característica de conexão à rede tradicional permite que
minirredes do tipo fotovoltaica-rede elétrica sejam usadas como sistemas de
emergência caso falte energia da rede, como acontece com os geradores a diesel e
equipamentos chamados de no-break usados para provimento de eletricidade. Um
sistema híbrido pode ser então utilizado como um equipamento no-break em
centros urbanos, uma espécie de no-break solar.
A figura 90 mostra os principais componentes de um sistema híbrido do tipo
diesel-fotovoltaico-rede elétrica, similar aos instalados no LSF-IEE-USP. Nesse
desenho, a minirrede começa na saída do quadro de transferência e finaliza na
casa. Em uma comunidade remota, onde não existe a rede elétrica convencional, a
minirrede começa no gerador diesel e se estende pela comunidade por meio de
postes e condutores elétricos que distribuem a energia para os domicílios. Ela
termina no último poste de distribuição, onde os cabos são devidamente
amarrados em isoladores elétricos aparafusados no poste.
154
Figura 90: Sistemas híbridos para geração de eletricidade – minirrede isolada ou conectada à rede
elétrica convencional.
Fonte: Manual do equipamento SI 5048 da empresa alemã SMA.
Nesse sistema híbrido para geração de eletricidade, a energia solar pode ser
injetada diretamente nas cargas dos equipamentos de uso final, em corrente
alternada, ou no banco de baterias, em corrente contínua. O ponto onde é
conectado o sistema fotovoltaico determina a forma de acoplamento dele ao
sistema híbrido. A literatura define como acoplamento c.c. aquele no qual a energia
fotovoltaica é injetada diretamente no banco de baterias, e como acoplamento c.a.
aquele no qual o sistema fotovoltaico é conectado na parte alternada do sistema
híbrido, formando um sistema fotovoltaico conectado à minirrede.
Na figura 90 é mostrado apenas o acoplamento c.a., mas nas minirredes do
LSF existem as duas formas de acoplamento (c.c. e c.a.), definidas como
acoplamento misto. Convém mencionar que o inversor c.c./c.a. que se conecta na
minirrede do sistema híbrido é o mesmo usado para conexão à rede elétrica de
uma concessionária de energia, descrita na seção precedente.
Além dos equipamentos ilustrados na figura 90, a estrutura para ensaios em
sistemas híbridos de geração de energia do LSF-IEE-USP conta com medidores de
qualidade de energia, osciloscópios, dispositivos para comunicação de dados em
um barramento RS-485 e contatoras para controle dos geradores e cargas. Todos
esses elementos permitem avaliar diferentes estratégias de operação, que
155
possibilitam a formulação de critérios para decisão sobre opções de atendimento
por meio de sistemas fotovoltaicos.
Nesse tipo de sistema híbrido de geração com acoplamento misto instalado
no LSF, as cargas, os inversores c.c./c.a. e o gerador diesel são acoplados de forma
independente no barramento c.a., enquanto os inversores bidirecionais e
controladores de carga são conectados no barramento c.c. Os equipamentos
interligados ao barramento c.a. podem ser tanto consumidores quanto geradores
de eletricidade. Os controladores de carga do barramento c.c. funcionam como
geradores de energia enquanto as cargas c.c. são os consumidores de corrente
contínua.
A figura 91 mostra o diagrama elétrico do sistema híbrido monofásico para
geração de energia elétrica instalado na Unidade de Capacitação Tecnológica do
LSF-IEE-USP.
Figura 91: Sistema híbrido para geração de energia elétrica do LSF-IEE-USP – configuração monofásica.
Em primeiro plano, na figura 92, mostra-se o gerador de 720 Wp usado em
um dos inversores c.c./c.a do sistema híbrido monofásico do LSF.
156
Figura 92: Sistema híbrido para geração de energia elétrica – geradores fotovoltaicos do sistema
monofásico.
As fotos da figura 93 exibem os componentes que realizam o acoplamento c.c.
no sistema híbrido monofásico. Da esquerda para a direita e de cima para baixo,
tem-se: o gerador fotovoltaico de 390 Wp, montado em uma estrutura sobre rodas;
o controlador de carga que realiza o acoplamento c.c. do arranjo fotovoltaico com o
banco de baterias; o quadro elétrico de acoplamento c.c.; e as quatro baterias
eletroquímicas.
157
Figura 93: Sistema híbrido para geração de energia elétrica – componentes do acoplamento c.c. do
sistema monofásico.
Os componentes para condicionamento de potência da minirrede monofásica
ilustrados na figura 90 podem ser visualizados na figura 94. Nela aparecem os três
inversores para conexão à rede, o inversor bidirecional, o controlador de carga e
alguns quadros elétricos do sistema híbrido monofásico do LSF-IEE-USP.
Figura 94: Sistema híbrido para geração de energia elétrica – inversor bidirecional, inversores c.c./c.a.
de conexão à rede, controlador de carga e quadros elétricos do sistema monofásico.
158
Nas fotos da figura 95 tem-se, à esquerda, o quadro de transferência entre
gerador diesel e rede elétrica e, à direita, o gerador diesel de 6 kVA, ambos
utilizados no sistema híbrido monofásico do LSF.
Figura 95: Sistema híbrido para geração de energia elétrica – quadro de transferência e gerador a
diesel do sistema monofásico.
Na figura 96 é mostrado o equipamento de aquisição de dados da minirrede
monofásica do LSF.
Figura 96: Sistema híbrido para geração de energia elétrica – aquisição de dados do sistema
monofásico.
159
A figura 97 mostra uma tela para visualização de parâmetros do sistema
híbrido monofásico por meio da internet.
Figura 97: Sistema híbrido para geração de energia elétrica – tela para visualização de dados via web
do sistema monofásico.
A figura 98 mostra outra forma de visualizar as variáveis do sistema híbrido
monofásico, por meio de um display conectado à internet, que se comunica com o
equipamento de aquisição de dados. No momento da foto, na tela desse
equipamento consta o valor do estado de carga da bateria.
Figura 98: Sistema híbrido para geração de energia elétrica – display para visualização de variáveis do
sistema monofásico.
160
O sistema híbrido com acoplamento misto visto até aqui se trata de um
sistema monofásico, isto é, a minirrede de distribuição de energia possui dois
condutores, chamados tecnicamente de fase e neutro. Este tipo de alimentação
serve para cargas com tensão nominal6 de 127 V ou 220 V. Quando deseja-se
conectar outros tipos de cargas, como motobombas para bombeamento de água ou
motores de indução para máquinas de gelo, deve-se instalar um sistema trifásico.
Esse tipo de sistema distribui a energia por meio de quatro condutores7, três fases
e um neutro.
Além de possibilitar a utilização de cargas trifásicas, esse tipo de sistema é
indicado quando se pretende eletrificar um conjunto grande de domicílios, pois,
havendo mais condutores disponíveis, o projeto da minirrede pode prever uma
distribuição equilibrada das cargas entre os condutores.
A figura 99 mostra o diagrama elétrico do sistema híbrido trifásico para
geração de energia elétrica instalado no LSF-IEE-USP.
Um sistema monofásico pode funcionar em vários níveis de tensão. Os valores de referência
estabelecidos pelo PRODIST são 127 V e 220 V. Na minirrede monofásica do LSF estes dois valores
são conseguidos por meio de um transformador.
7 Sendo rigoroso, incluindo o condutor terra nessa relação, tem-se um sistema com cinco fios
para a configuração trifásica e três fios para a monofásica.
6
161
Figura 99: Sistema híbrido para geração de energia elétrica do LSF-IEE-USP – configuração trifásica.
O gerador fotovoltaico de 3 kWp usado para acoplamento c.a. no sistema
híbrido trifásico do LSF é mostrado na figura 100. Nota-se que o arranjo
fotovoltaico foi instalado em uma área já existente, apenas aproveitou-se esse
espaço para convertê-lo em um estacionamento coberto.
162
Figura 100: Sistema híbrido para geração de energia elétrica – geradores fotovoltaicos para
acoplamento c.a.
Na figura 101 são exibidos os inversores c.c./c.a. de conexão à minirrede,
responsáveis pelo acoplamento c.a. no sistema híbrido. Eles foram montados sob o
gerador fotovoltaico, fixados na própria estrutura de sustentação dos módulos
fotovoltaicos.
Figura 101: Sistema híbrido para geração de energia elétrica – inversores de conexão à minirrede.
163
O sistema híbrido trifásico do LSF permite, como já explicado, dois tipos de
acoplamento: em corrente contínua e em alternada. As figuras 100 e 101 mostram
os equipamentos para o acoplamento c.a. As figuras 102 e 103 mostram os
geradores fotovoltaicos para o acoplamento em corrente contínua.
Figura 102: Sistema híbrido para geração de energia elétrica – geradores fotovoltaicos para
acoplamento c.c.
Nota-se na figura 103, no canto inferior direito do arranjo fotovoltaico, a
presença de uma célula de referência. É ela quem realiza a medição da quantidade
de energia incidente nesse gerador fotovoltaico. Sua extremidade está conectada a
um datalogger que armazena a cada três segundos o valor existente em seus
terminais.
164
Figura 103: Sistema híbrido para geração de energia elétrica – outros geradores fotovoltaicos para
acoplamento c.c.
Os quadros elétricos usados para acoplamento c.c., os controladores de carga
e o banco de resistências para simular uma carga c.c. são mostrados na figura 104.
Figura 104: Sistema híbrido para geração de energia elétrica – vista geral dos equipamentos para
acoplamento c.c.
165
Um dos quadros elétricos que abrigam os disjuntores, transdutores,
resistores shunt e DPS utilizados no LSF para efetuar o acoplamento c.c. aparece na
figura 105. Os transdutores e shunts são utilizados para monitorar as variáveis
corrente e tensão dos arranjos fotovoltaicos. Já os outros elementos são
recomendados pela norma NBR 5410.
Figura 105: Sistema híbrido para geração de energia elétrica – quadro elétrico para acoplamento c.c.
Os controladores de carga, responsáveis por acoplar os módulos
fotovoltaicos ao banco de baterias, são mostrados na figura 106. Os quadros
elétricos para acoplamento c.c. do sistema híbrido trifásico do LSF permitem a
utilização de controladores de carga com ou sem a função de seguimento do ponto
de máxima potência. Controladores de carga projetados para seguir o ponto de
maior potência do gerador fotovoltaico possuem faixas de tensão diferentes dos
projetados para operar com tensões predeterminadas. Por isso, montou-se um
quadro para acoplamento c.c. de controladores com seguimento de máxima
potência e outro para controladores de carga tradicionais, sem essa
funcionalidade.
166
Figura 106: Sistema híbrido para geração de energia elétrica – controladores de carga do acoplamento
c.c.
A figura 107 mostra o banco de baterias do sistema híbrido trifásico do LSF,
referenciado por vezes como sistema de acumulação.
Figura 107: Sistema híbrido para geração de energia elétrica – banco de baterias e quadro de fusíveis.
167
Este banco de baterias é composto por 24 elementos, cada um com Chumbo e
ácido sulfúrico em seu interior. Cada elemento possui características nominais de
500 Ah e 2 V. Essa disposição fez-se necessária porque o inversor bidirecional
opera com tensão de 48 V.
Na figura 108 aparece a parte central (o comando) do sistema híbrido
trifásico do LSF. Essa importância deve-se à presença dos três inversores
bidirecionais. São eles que controlam todo o funcionamento da minirrede, os níveis
de tensão alternada, a frequência, a carga e descarga do banco de baterias, o ângulo
de fase do sistema trifásico, enfim, todo o controle do fluxo de energia entre os
componentes do sistema híbrido.
Figura 108: Sistema híbrido para geração de energia elétrica – quadros elétricos e inversores
bidirecionais.
Em períodos com alta produtividade, com níveis elevados de produção e
baixas demandas de eletricidade no lado do consumidor, o inversor bidirecional
extrai potência do barramento c.a. e carrega o banco de baterias. Em períodos com
demanda de eletricidade elevada do lado do consumidor, esse mesmo inversor
extrai energia do banco de baterias e alimenta o barramento c.a. A possibilidade de
168
utilização de vários inversores bidirecionais em paralelo permite suprir demandas
elevadas de potência.
Em milhares de comunidades remotas sem acesso a sistemas energéticos que
possibilitem o uso da eletricidade 24 horas por dia, a utilização de geradores a
diesel é comum, pois possibilita que elas tenham acesso, embora de forma
precária, aos benefícios da eletricidade. O desenvolvimento dos motores para
caminhões, barcos, maquinários pesados, entre outros equipamentos que
funcionam a diesel favoreceram a existência de equipamentos robustos e
confiáveis nos dias atuais. Não à toa, a maioria dos sistemas de emergência em
hospitais, supermercados e hotéis, ainda que localizados em centros urbanos, são
respaldados por geradores a diesel.
Quando integrado a um sistema híbrido, reserva-se o gerador a diesel para as
situações de contingência. Na prática, isso significa que o sistema energético
funciona com energia solar e o diesel é usado apenas em momentos como, por
exemplo, equalização do banco de baterias, sequência de dias nublados, potências
instantâneas elevadas, falha nos equipamentos fotovoltaicos, entre outros.
O diesel não é mais estritamente necessário, pois boas práticas de gestão
podem fazer funcionar esse sistema energético de maneira bem mais
independente do diesel. O fato de tornar necessário o uso do gerador diesel apenas
em determinadas circunstâncias, priorizando a energia solar, deslocando-o de
elemento central para periférico, é uma importante contribuição dos sistemas
híbridos para a redução do ruído e da poluição.
Com o propósito de investigar as questões suscitadas no parágrafo anterior,
realizou-se testes de acoplamento de um gerador diesel trifásico de 60 kVA no
sistema híbrido do LSF-IEE-USP. A foto desse gerador pode ser visualizada na
figura 109, que mostra, no lado esquerdo, o motor movido a diesel e, no direito, o
gerador elétrico. O acoplamento mecânico entre os eixos do motor e do gerador
ocorre no interior do container que abriga esse conjunto.
169
Figura 109: Sistema híbrido – gerador a diesel.
As fotos da figura 110 mostram os indicadores de funcionamento do conjunto
motogerador. Na primeira foto, no canto superior esquerdo, aparece um painel do
motor a diesel, com três mostradores que indicam a temperatura da água no
sistema de arrefecimento, o nível de óleo lubrificante, a velocidade de rotação do
eixo e o tempo de funcionamento da máquina. Já as outras fotos referem-se ao
gerador elétrico, nas quais se pode visualizar os valores de algumas variáveis
elétricas como frequência, tensão e corrente. Para fins de operação e manutenção,
os mostradores fornecem informações importantes para o operador do sistema,
como, por exemplo, a temperatura do motor, que deve ser sempre verificada para
evitar danos irreparáveis.
170
Figura 110: Sistema híbrido – painel para visualização de variáveis do conjunto motogerador diesel.
Uma vez descritos os geradores fotovoltaicos, os inversores c.c./c.a. de
conexão à rede, os controladores de carga para acoplamento c.c., as baterias, os
inversores bidirecionais e o gerador a diesel, parte-se para a explicação de como
todos esses equipamentos são interligados entre si para constituírem, de fato, um
sistema híbrido fotovoltaico-diesel-rede elétrica.
A figura 111 mostra o quadro elétrico de entrada para as três fontes de
energia em corrente alternada do sistema híbrido: a primeira vinda da saída dos
inversores c.c./c.a. de conexão à rede, outra do gerador a diesel e a última da rede
elétrica convencional. Percebe-se, nesse quadro elétrico, a presença de contatoras,
fusíveis,
medidores
de
energia,
disjuntores,
DPS,
TC8,
barras
de
equipotencialização e cabos elétricos que realizam as conexões entre os diversos
componentes.
Transformador de corrente, denotado pela sigla TC, é um dispositivo formado por um
transformador toroidal com uma relação de transformação conhecida. Ao passar corrente elétrica
por seu interior, induz-se, por variação do campo eletromagnético, uma corrente no secundário do
transformador. Esse tipo de dispositivo é bastante útil quando se deseja medir corrente elétrica
sem a necessidade de seccionar os cabos que a conduzem.
8
171
Figura 111: Sistema híbrido – quadro elétrico de entrada das fontes c.a.
Quando os níveis de tensão de operação dos equipamentos que formam um
sistema híbrido são diferentes, torna-se indispensável o uso de um transformador
de tensão. Na figura 112 mostra-se o transformador de entrada utilizado na
minirrede do LSF-IEE-USP. O seu enrolamento primário, em ligação delta, opera na
tensão de 220 V, já o seu enrolamento secundário é ligado em estrela com tensão
de 380 V. No sistema híbrido do LSF, esse transformador adéqua os níveis de
tensão do gerador a diesel aos níveis de operação dos inversores bidirecionais.
172
Figura 112: Sistema híbrido para geração de energia elétrica – transformador de entrada.
Todas as fontes de energia elétrica em corrente alternada do sistema híbrido
trifásico foram descritas individualmente; no entanto, como explicado, um
benefício do uso de minirredes é a possibilidade de usar todas as fontes
disponíveis simultaneamente. Para que isso ocorra, em algum ponto do circuito os
condutores elétricos de cada umas das fontes terão que se encontrar, para que
ocorram os fluxos de energia entre geradores, inversores, baterias e cargas. Na
figura 113 pode-se visualizar o local onde as fontes de corrente alternada se
encontram, dentro do quadro elétrico de acoplamento.
173
Figura 113: Sistema híbrido para geração de energia elétrica – quadro de acoplamento entre as fontes.
A figura 114 mostra o diagrama elétrico do quadro de acoplamento usado no
sistema híbrido do LSF-IEE-USP. Nota-se a existência de uma unidade de controle
que gerencia o acionamento das contatoras referentes às diferentes fontes. Essa
unidade de controle também se comunica, via barramento de dados, com cada um
dos inversores bidirecionais.
Figura 114: Sistema híbrido para geração de energia elétrica – diagrama elétrico do quadro de
acoplamento entre as fontes.
Fonte: Manual do equipamento MultiCluster Box 6.3 da fabricante alemã SMA.
174
Depois de realizado o acoplamento entre as diferentes fontes de energia,
deve-se providenciar a distribuição de eletricidade para as cargas conectadas na
minirrede. O quadro elétrico de saída mostrado na figura 115 se encarrega de
realizar esta função no sistema híbrido trifásico montado no LSF. Nele, podem ser
observados os mesmos tipos de equipamentos existentes no quadro de entrada,
mas para conectar os consumidores de energia. Esse tipo de quadro é denominado
tecnicamente como quadro elétrico de distribuição de energia.
Figura 115: Sistema híbrido para geração de energia elétrica – quadro elétrico de saída c.a. para as
cargas.
Como já explicado, quando os níveis operacionais de tensão elétrica são
inapropriados para uma determinada aplicação, deve-se utilizar um transformador
de tensão, com o intuito de tornar esses níveis compatíveis. Para tornar possível o
acoplamento c.a. dos geradores de energia no sistema híbrido, usou-se um
transformador na entrada, antes do acoplamento. De maneira análoga, mas para
adequar os níveis de tensão às cargas, instalou-se um transformador na saída,
depois do acoplamento, mostrado na figura 116.
175
Figura 116: Sistema híbrido para geração de energia elétrica – transformador de saída.
Quando termina a instalação do sistema híbrido, parte-se para a etapa de
comissionamento do sistema, exigida pela norma NBR 5410, realizável em
qualquer instalação elétrica. Trata-se de avaliar o funcionamento do sistema
energético antes de liberá-lo para uso. Essa precaução visa garantir a segurança
das pessoas que utilizam as instalações elétricas e evita situações indesejadas, que
possam danificar equipamentos de uso final existentes, como computadores,
lâmpadas e outros aparelhos.
Para evitar que os próprios aparelhos sirvam de experiência9 inicial de
funcionamento da minirrede, conectam-se cargas elétricas que simulam as reais,
como os bancos de resistores mostrados nas fotos da figura 117.
Para fazer funcionar um inversor bidirecional deve-se configurá-lo, informando como a
minirrede deve operar. Essa configuração conta com dezenas de parâmetros, em um deles é
possível estabelecer os níveis máximos e mínimos de funcionamento da tensão na minirrede. Caso,
por descuido, o operador tenha configurado uma tensão elevada, como, por exemplo, 240 V em vez
de 220 V, equipamentos podem ser danificados.
9
176
Figura 117: Sistema híbrido para geração de energia elétrica – cargas resistivas.
Depois de comprovado o bom funcionamento do sistema híbrido como um
todo, observando os níveis de tensão, corrente, frequência e atuação das proteções,
para citar algumas das verificações imprescindíveis, iniciam-se os testes com
aparelhos comerciais. A partir desta etapa pode-se conectar à minirrede
motobombas, equipamentos de dessalinização, máquinas de gelo, frízeres,
ventiladores, televisores, lâmpadas, enfim, todo gênero de equipamento.
Durante o comissionamento é indispensável o uso de, ao menos, um
multímetro, com capacidade para medição de corrente, tensão e frequência.
Quando, no entanto, a intenção é medir e armazenar os valores de cada variável do
sistema híbrido, monta-se uma aparelhagem, como a mostrada na figura 118,
usada no LSF-IEE-USP para monitoramento e controle da minirrede. Nessa
imagem, é possível distinguir os computadores, osciloscópio, dataloggers e fiação.
177
Figura 118: Sistema híbrido trifásico – aquisição de dados.
A estrutura para monitoramento da minirrede permite a medição e registro
de diversos parâmetros do sistema híbrido. A grande quantidade de aparelhos que
aparece na figura 118 é necessária apenas quando as finalidades são a pesquisa e a
demonstração de funcionamento com fins didáticos. O osciloscópio, por exemplo,
possibilita a medição de sinais elétricos na fração de microssegundos, bem melhor
que a amostragem permitida pelo datalogger do fabricante do inversor, que
disponibiliza valores integrados na cadência de minutos.
Hoje em dia, os próprios fabricantes de equipamentos disponibilizam meios
para que os consumidores possam verificar o funcionamento de seus produtos. A
tela para visualização de variáveis do sistema híbrido do LSF-IEE-USP, exposta na
figura 119, ilustra como a empresa SMA apresenta os dados medidos por seus
inversores, usando um software capaz de mostrar as informações de todos os
equipamentos conectados pelo barramento de dados ao datalogger. As variáveis
do sistema híbrido são atualizadas em tempo real na tela do computador e
armazenadas no sistema de arquivos do datalogger. A compreensão do que
aparece na figura 119 serve de subsídio para avaliação da operacionalidade e da
disponibilidade energética de um sistema híbrido.
178
Figura 119: Sistema híbrido trifásico – tela de visualização de dados dos equipamentos SMA.
No LSF, instalou-se um display, como mostra a figura 120, com a finalidade de
demonstrar o funcionamento da tecnologia fotovoltaica para visitantes do IEE-USP,
além da facilidade operacional para a equipe do laboratório de ver de longe como
está o sistema energético.
Figura 120: Sistema híbrido para geração de energia elétrica – display para visualização de variáveis.
179
Tanto os dados mostrados na figura 119 como os exibidos no display que
aparece na figura 120 são disponibilizados pelos sensores, inversores c.c./c.a. e
bidirecionais, todos conectados ao datalogger por meio de um barramento de
dados RS-485 ModBus. Outro fabricante que disponibiliza informações sobre o
funcionamento de seus produtos é a empresa Landys Gyr, que produz os medidores
de energia usados no sistema híbrido do LSF-IEE-USP. Uma tela do software que
acompanha o seu medidor de quatro quadrantes é mostrada na figura 121.
Figura 121: Sistema híbrido trifásico – tela de visualização de dados dos equipamentos Landys Gyr.
A aquisição de dados para os equipamentos fotovoltaicos responsáveis pelo
acoplamento c.c. no sistema híbrido do LSF é realizada por meio do já introduzido
datalogger Agilent 34972A. Na figura 122 pode ser vista a tela do software
fornecido pela fabricante desse instrumento que possibilita, em tempo real, o
acompanhamento dos valores de tensão e corrente elétrica dos geradores
fotovoltaicos e controladores de carga.
180
Figura 122: Sistema híbrido trifásico – tela de visualização de dados dos equipamentos Agilent.
Cada equipamento, com seu próprio sistema de medição, com protocolos de
comunicação
distintos,
armazenando
uma
infinidade
de
variáveis
e
disponibilizando essas informações em forma de arquivos eletrônicos. Esse é o
contexto de um sistema híbrido composto por equipamentos de diferentes
fabricantes, do tipo instalado no LSF. A existência de uma enormidade de dados
coletados requer uma sistemática de análise, que permita pelo menos algum tipo
de tomada de decisão quanto às estratégias de operação.
Com esse objetivo, o de facilitar tomadas de decisão, foi desenvolvida uma
plataforma10 computacional usando o programa LabView, que permite acesso
rápido aos arquivos armazenados, de qualquer um dos equipamentos do sistema
híbrido, bem como visualização facilitada das variáveis em função do tempo. A
figura 123 mostra a tela inicial dessa plataforma, na qual é possível selecionar qual
equipamento deseja-se visualizar ou selecionar todos de uma só vez, os que
operam no acoplamento c.c. e no c.a. do sistema híbrido de geração de energia do
LSF-IEE-USP.
O uso dessa plataforma para análise de dados evita ter que se recorrer a
diferentes softwares, de cada um dos equipamento de medição. Em vez disso, ela
A plataforma computacional para análise dos dados do sistema híbrido de energia do LSF foi
concebida por Alex Renan Arrifano Manito, pesquisador do GEDAE. O desenvolvimento desse
software foi possível graças à atuação do INCT-EREEA que, por meio da promoção do trabalho em
rede, possibilitou a interação entre grupos de pesquisa, no caso o GEDAE e o LSF.
10
181
agrega todas as informações de todos os equipamentos e promove a visualização
conjunta dos dados em uma mesma tela.
Figura 123: Sistema híbrido trifásico – tela para visualização de dados de todos os equipamentos.
A figura 124 mostra um exemplo de gráfico com o comportamento da
irradiância, da potência na saída dos inversores c.c./c.a. de conexão à rede, da
frequência da rede de distribuição e da tensão da bateria durante quatro dias
consecutivos.
Figura 124: Sistema híbrido trifásico – gráfico operacional 1.
182
Para facilitar a visualização, a figura 125 mostra uma vista ampliada do
gráfico anterior, mas mostrando apenas a frequência da rede de distribuição de
energia e a tensão do banco de baterias. Nesse ponto cabe uma observação, que se
refere a procedimentos de operação do sistema híbrido. A curva que exibe a
frequência da energia entregue às cargas mostra que ela varia entre 59 Hz e 62 Hz.
Isso ocorre em razão do método que o inversor bidirecional usa para controle do
fluxo de potência na minirrede. A ANEEL, porém, não admite a variação de
frequência11 em uma faixa tão ampla; por esse motivo é que devem ser previstas
estratégias de operação do sistema híbrido, que não permitam que a frequência da
minirrede supere os 60 Hz.
Figura 125: Sistema híbrido trifásico – gráfico operacional 2.
Para elucidar essa importante questão associada aos sistemas híbridos, a da
frequência de operação da minirrede, explica-se como esse sistema opera: No
início, tudo está desligado, então coloca-se o inversor bidirecional em
funcionamento por meio do banco de baterias. O inversor bidirecional converte a
tensão contínua das baterias em alternada e libera essa tensão em 60 Hz para o
resto do sistema, por meio do quadro de acoplamento. Ao receber sinais de que a
minirrede foi energizada, o inversor c.c./c.a., cuja entrada está conectada aos
O PRODIST, abreviação para Procedimentos de Distribuição de Energia Elétrica, são
documentos elaborados pela ANEEL que padronizam as atividades técnicas relacionadas ao
funcionamento de redes de distribuição do Sistema Elétrico Nacional. Nesses documentos, a ANEEL
apresenta todos os valores de tensão e frequência de referência. Para a frequência da rede, a faixa
permitida para variação é de 59,9 Hz até 60,1 Hz.
11
183
módulos fotovoltaicos e a saída ao quadro de acoplamento, conecta-se ao inversor
bidirecional como se estivesse na rede elétrica convencional.
A partir desse instante começa a ocorrer um fluxo de energia partindo do
gerador fotovoltaico em direção ao inversor bidirecional, que nesse caso passa a
atuar como retificador, convertendo a tensão alternada da minirrede em contínua
para carregar as baterias. O sistema híbrido começa, então, a operar com as
baterias e módulos fotovoltaicos, a energia do Sol vai sendo convertida em
eletricidade e injetada no banco de baterias. Se o dia estiver ensolarado, as baterias
se carregam por completo rapidamente. Nesse instante, quando a tensão no banco
de baterias atinge o valor da tensão de flutuação predeterminada, chega-se a um
momento crítico, sob o ponto de vista da operação desse sistema energético.
Como explicado anteriormente, para que a vida útil de uma bateria
eletroquímica seja a maior possível, os níveis de tensão de carga e descarga a que
ela é submetida devem evitar sobrecarga e descarga profunda. O momento crítico
ocorre por existir um valor limite para a tensão de carregamento de uma bateria.
No instante em que ela está carregada, não se deve injetar mais eletricidade. Se não
houver uma carga que consuma a energia que é disponibilizada pelo gerador
fotovoltaico, o inversor bidirecional deve encontrar alguma maneira de evitar que
o inversor de conexão c.c./c.a. continue carregando as baterias; por isso, o inversor
bidirecional varia a frequência da minirrede na faixa entre 59 Hz e 62 Hz.
Enquanto a frequência gerada pelo inversor bidirecional for menor que 61
Hz, o inversor c.c./c.a. conectado na minirrede injeta toda a energia solar
convertida pelos módulos fotovoltaicos no banco de baterias e nas cargas do
sistema. Quando o inversor bidirecional identifica que a tensão da bateria chegou
no ponto limite de carga, ele começa a alterar a frequência de operação da
minirrede, gradativamente, de 61 Hz para 62 Hz. O inversor c.c./c.a. de conexão à
rede foi projetado pelo fabricante para reconhecer essas alterações gradativas de
frequência e, como resultado, ele começa a diminuir a energia injetada na
minirrede, de maneira linear com a frequência.
Quando a frequência da minirrede, comandada pelo inversor bidirecional,
atinge o valor limite de 62 Hz, o inversor c.c./c.a de conexão à rede não injeta mais
energia na minirrede. Ele, no entanto, mantém-se conectado a ela, aguardando o
184
comando do inversor bidirecional que, por meio da alteração da frequência de
operação da rede de distribuição, está, constantemente, conduzindo o inversor
c.c./c.a. de conexão à rede, fazendo ele injetar mais ou menos energia no sistema
híbrido em função da tensão na bateria.
Esse modo que o inversor bidirecional usa para governar o funcionamento do
inversor c.c./c.a. de conexão à rede, simplesmente variando sua frequência de
operação, tem origem na teoria de controle de máquinas girantes. Para elucidar,
utiliza-se o exemplo de um sistema elétrico genérico de grande porte, como o
Sistema Interligado Nacional (SIN), governado pelo Operador Nacional do Sistema
Elétrico Brasileiro (ONS), representado por hidroelétricas e termelétricas
conectadas entre si. Esse conjunto de geradores elétricos, conectados entre si por
longas linhas de transmissão, forma uma grande rede elétrica, na qual o fluxo de
energia ocorre das usinas para as cargas nela conectadas.
A teoria mencionada encontrou um modo de controlar todas essas máquinas
girantes que operam interligadas, no sentido de possibilitar que os fluxos de
energia ocorram de uma maneira eficiente e segura. Ela considera a existência de
transitórios eletromecânicos e eletromagnéticos, que estão relacionados com o
tempo de resposta do conjunto mecânico e elétrico da máquina. É dessa
complexidade de conexões, de tamanhos e de distâncias, que resultou a solução de
usar a própria frequência do sistema elétrico para controlar sua estabilidade. Essa
resposta à variação de frequência evita que o inversor c.c./c.a. seja uma fonte de
distúrbios e possibilita sua operação sem causar instabilidade na rede elétrica.
Outro benefício que o uso da frequência da rede para controle do sistema
aporta está relacionada à estrutura física, uma vez que não há necessidade de uma
infraestrutura de comunicação de dados à parte, composta por cabos blindados,
eletrodutos e equipamentos para comunicação. Esse suposto controle do sistema
híbrido via barramento de dados poderia, em teoria, passar as informações para o
inversor c.c./c.a. para que ele diminuísse ou aumentasse sua potência injetada,
através de um protocolo de comunicação. Isso, embora possível, aumentaria a
complexidade do sistema energético e, ao incluir mais equipamentos no sistema,
elevaria a probabilidade de falhas no mesmo.
185
Por isso, reserva-se o barramento de dados apenas para o tráfego de
informações referentes ao monitoramento das variáveis, dados que revelam como
está operando o inversor. No barramento de dados do sistema híbrido não
trafegam instruções de comando que alteram a potência que o inversor injeta na
minirrede. Esse comando, como explicado, acontece pela variação da frequência na
rede de distribuição do sistema híbrido, imposta pelo inversor bidirecional. Isso,
na prática, implica que uma falha no barramento de dados ocasiona perda de
informações, mas o sistema central, que fornece energia para as cargas, continua
funcionando.
Pois bem, essa variação da frequência da minirrede entre 59 Hz e 62 Hz tem
influência determinante na estratégia de operação da minirrede. A frequência de
operação acima de 60 Hz significa desperdício de energia. Acima dessa frequência,
o inversor c.c./c.a de conexão à rede não injeta toda a energia disponibilizada pelo
gerador fotovoltaico, em vez disso ele começa a reduzir a potência injetada no
sistema, isso quer dizer que existe energia solar disponível, mas não se consegue
aproveitá-la no sistema híbrido.
Como mencionado, uma promissora aplicação para os sistemas híbridos de
geração de energia elétrica é eletrificação de comunidades remotas, distantes das
redes convencionais. Nesse tipo de iniciativa, o projeto elétrico do sistema
energético deve propiciar o atendimento das demandas desejadas pelos
comunitários, mas deve igualmente se preocupar com o uso otimizado da energia.
Se não for desse modo, corre-se o risco de se conceber sistemas grandes demais,
superdimensionados, mais caros portanto. Logo, nesse contexto, não aproveitar
uma energia disponível não seria desejável.
Então, a situação em que a frequência de operação da minirrede é maior que
60 Hz ocasiona perda de energia, na medida em que não se aproveita a energia
entregue pelos módulos fotovoltaicos. Portanto, deve-se evitar a operação da
minirrede acima desse valor de frequência. Os mecanismos para impedir que a
frequência aumente estão relacionados, de certo modo, com a maneira de
utilização das cargas. Quando o operador identifica que a frequência está acima de
60 Hz, ele pode ligar uma motobomba para encher uma caixa de água, fazer
funcionar uma máquina para produzir gelo, aquecer água para algum processo
186
produtivo, movimentar máquinas para realizar algum trabalho mecânico, para
citar algumas cargas que ele pode conectar à minirrede para aproveitar a energia
solar disponível.
Para, portanto, gerenciar de maneira eficiente um sistema híbrido, torna-se
evidente, ainda na fase de planejamento da iniciativa de energização, antecipar
estratégias de operação adequadas para o despacho das cargas. Prever, por
exemplo, o bombeamento de água e a produção de gelo entre meio-dia e duas da
tarde pode ser uma boa estratégia para evitar desperdício de energia. Ao contrário,
bombear água à noite, por meio da energia extraída do banco de baterias, não é
uma boa estratégia. Sendo assim, o funcionamento automatizado de determinadas
cargas pode contribuir para tornar o sistema fotovoltaico menos vulnerável à
ausência de um operador que verifique a frequência da minirrede.
A manutenção dessa variável o mais próximo possível do valor de 60 Hz é
também uma exigência da ANEEL. Soma-se a isso o fato de que a operação de um
equipamento de uso final acima da frequência para a qual ele foi projetado, por
tempo estendido, além de reduzir sua vida útil, pode provocar danos irreparáveis.
A tabela 18 mostra as variáveis medidas nos ensaios de operacionalidade e
disponibilidade energética de sistemas híbridos de energia realizados na Unidade
de Capacitação Tecnológica do LSF-IEE-USP.
Tabela 18: Conjunto das variáveis medidas nos ensaios de sistemas híbridos de energia do LSF-IEEUSP.
Variável
Unidade
Medição
Precisão
Irradiação global
Wh/m2
Estação meteorológica e
célula de referência
 0,05 V/W.m-2
Irradiação difusa
Wh/m2
Estação meteorológica
 0,05 V/W.m-2
Temperatura ambiente
Graus Celsius (°C)
Estação meteorológica
 0,1 °C
Corrente elétrica do gerador
fotovoltaico
Ampere (A)
Shunt
1%
Tensão elétrica do gerador
fotovoltaico
Volt (V)
Transdutor de tensão
 0,5 %
Corrente elétrica da
motobomba
Ampere (A)
Medidor de energia
1%
187
Tensão elétrica da
motobomba
Volt (V)
Medidor de energia
 0,5 %
Energia elétrica da
motobomba
kWh
Medidor de energia
 0,5 %
Corrente elétrica do motor
da máquina de gelo
Ampere (A)
Medidor de energia da
máquina de gelo
1%
Tensão elétrica do motor da
máquina de gelo
Volt (V)
Medidor de energia da
máquina de gelo
 0,5 %
Energia elétrica do motor da
máquina de gelo
kWh
Medidor de energia da
máquina de gelo
 0,5 %
Corrente elétrica das
baterias
Ampere (A)
Shunt
1%
Tensão elétrica das baterias
Volt (V)
Inversor bidirecional
 0,5 %
Corrente elétrica do gerador
diesel
Ampere (A)
Shunt
1%
Tensão elétrica do gerador
diesel
Volt (V)
Inversor bidirecional
 0,5 %
Potência elétrica do gerador
diesel
Watt (W)
Inversor bidirecional
1W
Energia elétrica do gerador
diesel
kWh
Medidor de energia
 0,5 %
Tensão elétrica das cargas
Volt (V)
Inversor bidirecional
1%
Potência elétrica das cargas
Watt (W)
Inversor bidirecional
1W
Energia elétrica das cargas
kWh
Medidor de energia
 0,5 %
Amplitude12 do sinal elétrico
no barramento de dados
Volt (V)
Osciloscópio
Amplitude: 1
V/div
Tempo: 500
µs/div
Essa seção apresentou dois sistemas híbridos em funcionamento na Unidade
de Capacitação Tecnológica do LSF-IEE-USP. Ambos sistemas foram montados
entre os anos de 2009 e 2013. O processo de instalação desses sistemas contou
com a colaboração de diversos profissionais, entre eles pedreiros, eletricistas,
técnicos e engenheiros. A condução do processo de implementação dessas
A amplitude do sinal na interface RS-485 operando com protocolo de comunicação ModBus
deve estar entre 4 V e 6 V. Com nível de sinal abaixo dessa faixa, a taxa de erros na transmissão de
dados torna-se elevada, o que provoca um tráfego lento de informações no barramento de
comunicação.
12
188
minirredes constitui a principal contribuição do autor desta tese, o qual teve como
propósito incluir uma aplicação fotovoltaica a mais no rol das já existentes no LSF.
Durante os trabalhos de montagem desses sistemas, foi possível observar que
os saberes necessários para instalação de um sistema híbrido englobam grande
parte dos conhecimentos requeridos para instalação de qualquer sistema
fotovoltaico13. Essa afirmação torna-se evidente quando se compara a relação dos
equipamentos existentes em cada um dos sistemas fotovoltaicos com aquela do
sistema híbrido. Nota-se a existência de elementos comuns entre eles, como, por
exemplo, módulos fotovoltaicos, inversores c.c./c.a., controladores de carga,
baterias, quadros elétricos, disjuntores, DPS, barra de equipotencialização,
aterramento, medidores de energia, entre outros. Logo, do ponto de vista
pedagógico, as minirredes se mostram como uma boa ferramenta didática para
capacitar recursos humanos aptos a atuar na instalação de uma grande variedade
de sistemas fotovoltaicos.
Para concepção desses sistemas, estudou-se alguns sistemas híbridos que
representam o estado da arte dessa aplicação, como, por exemplo, as minirredes
instaladas pelo GEDAE na região Norte do Brasil e as descritas no projeto Large
Scale Integration of Micro-Generation to Low Voltage Grids, financiado pela
Comunidade Europeia e do qual participam, entre outras, as seguintes instituições:
National Technical-University of Athenas (NTUA), Grécia; University of Manchester Institute of Science and Technology (UMIST), Reino Unido; Fraunhofer-Institute for
Wind Energy and Energy System Technology (ISET), Alemanha; Center for Energy &
Processes of the Ecole des Mines de Paris (ARMINES), França (OSIKA, 2005).
O tema sistemas híbridos é vastíssimo, pode-se abordá-lo sob os mais
diferentes enfoques, desde os mais técnicos, como a análise de transitórios
eletromecânicos e eletromagnéticos ocorridos nas interações entre o gerador
diesel e o inversor bidirecional, como os de caráter gerencial, que se ocupam em
planejar a instalação e prover os meios para garantir a sustentabilidade da
iniciativa. Para um entendimento mais aprofundado das questões pontuadas nesta
Uma das poucas exceções de sistemas fotovoltaicos, que exigem conhecimentos não
abrangidos pelos sistemas híbridos, são os que utilizam conversores de frequência. Neles, exige-se
saberes um pouco mais específicos, relacionados às características internas do circuito eletrônico
que comanda o conversor de frequência.
13
189
tese, recomenda-se a leitura da obra escrita por Pinho (2008), além dos trabalhos
disponibilizados na página eletrônica do GEDAE.
190
3. Qualificação de recursos humanos
Este capítulo trata da qualificação de recursos humanos em energia solar
fotovoltaica, de modo a propor uma discussão a respeito do processo formativo de
profissionais para atuar nas diversas atividades requeridas a fim de promover o
desenvolvimento do setor. No entanto, quando se pensa em qualificação
profissional, surgem as seguintes questões:
 Como capacitar os recursos humanos em um universo tão diversificado, que
inclui técnicos locais, eletricistas de concessionárias de energia e
projetistas, para atuar especificamente em projetos de eletrificação
fotovoltaica?
 Como avaliar se os conteúdos curriculares abrangem os requisitos mínimos
para a atuação profissional na área, não só no que se refere ao
planejamento, instalação, manutenção e gestão de sistemas, mas também às
atividades de pesquisa e desenvolvimento, cujos avanços são fundamentais
para que a tecnologia seja consolidada no país?
 Como capacitar recursos humanos observando aspectos técnicos e
gerenciais de iniciativas de implantação de sistemas fotovoltaicos em um
país com grande diversidade geográfica, social, econômica e ambiental?
 Como avaliar se os conhecimentos ensinados foram devidamente
aprendidos, observando as questões teóricas e práticas?
Pensar a qualificação de recursos humanos a partir dos questionamentos
levantados é fundamental para que sejam disseminados os conhecimentos
necessários para implantar de forma sustentável sistemas fotovoltaicos,
garantindo que a utilização da tecnologia se expanda.
No Brasil já existem centros tecnológicos e laboratórios de universidades que
dominam o conhecimento técnico necessário para pesquisa, implementação e
manutenção dos sistemas de energia solar fotovoltaica, como visto mais à frente.
Nesses locais são desenvolvidas pesquisas de ponta, produção científica e
191
informações relevantes para o setor. A necessidade atual é disseminar esses dados
de forma didática e capacitar mais pessoas que possam atuar efetivamente na área.
A ideia é que os profissionais que serão qualificados não apenas adquiram
um novo conhecimento, mas encontrem nesse setor uma maneira de progredir
social e economicamente, além de contribuírem para a consolidação da produção
de energia renovável no país. Dessa forma, a qualificação profissional é entendida
não só em sua dimensão pedagógica, de caráter exclusivamente técnico, mas
também em suas dimensões política e social, enquanto democratização do saber e
de criação de possibilidades de melhoria das condições de vida dos envolvidos.
A partir desse ponto de vista, existe a necessidade de que as instituições de
pesquisa desenvolvam novas competências além daquelas relacionadas à pesquisa
e desenvolvimento ou a serviços técnicos especializados, suas finalidades
essenciais. Precisam desenvolver competências relacionadas à eficiência na
transmissão do conhecimento tecnológico produzido em âmbito acadêmico, para
que possam gerar impactos na sociedade.
Cabe lembrar que a ciência desenvolvida por pesquisadores inseridos em
universidades ou institutos de pesquisa públicos depende de recursos do governo,
por meio de bolsas, financiamentos e programas de fomento. Assim, a sociedade,
por meio do pagamento de impostos, tem disponibilizado recursos a essas
instituições para realizar descobertas científicas e tecnológicas. O retorno deste
investimento da sociedade pode ser dado tanto em forma de conhecimento
aplicado, como por meio do oferecimento de cursos e treinamentos para
qualificação profissional da população.
Para compreender o que tem sido feito no âmbito da qualificação em energia
solar fotovoltaica, fez-se um levantamento das principais instituições de pesquisa
nacionais que atuam no setor. Além disso, investigaram-se ações de escolas
técnicas e iniciativa privada para qualificação de recursos humanos em energia
solar fotovoltaica. O resultado demonstrou que cada instituição adotou uma
metodologia e um procedimento próprio, e essas diferenças podem comprometer a
imagem do setor. Portanto é fundamental que se padronize tais iniciativas,
promovendo as boas práticas de modo a sustentar a confiança de um mercado
consumidor.
192
Uma das formas para se padronizar o ensino e qualificação dos recursos
humanos no segmento fotovoltaico é estabelecer todas as exigências legais e as
competências que cada trabalhador do setor precisa ter. Se todas as instituições
que trabalham na área tiverem acesso a esse mapeamento das normas,
procedimentos e exigências para a instalação de energia solar, o trabalho seguirá
um mesmo padrão de qualidade, mesmo que haja algumas diferenças nos
procedimentos adotados por cada instituição.
Uma das contribuições desta tese é agrupar e disponibilizar o saber teórico e
prático acumulado em 18 anos de existência do LSF-IEE-USP, para que outros
setores da sociedade possam ter acesso a esse conhecimento.
3.1.
Políticas de qualificação profissional
A discussão sobre a geração de empregos em energia solar fotovoltaica no
Brasil ainda é escassa, no entanto tais empregos enquadram-se em um conceito
que vem ganhando espaço nas discussões sobre os benefícios sociais e econômicos
de uma economia ambientalmente sustentável: o emprego verde. Segundo o
Programa das Nações Unidas para o Meio Ambiente (PNUMA), esse conceito inclui
empregos em eficiência energética, tecnologias “limpas”, eficiência na utilização de
recursos naturais e em atividades de baixa emissão de gases de efeito estufa.
O relatório da Organização das Nações Unidas (ONU) intitulado Nosso Futuro
Comum, de 1987, define desenvolvimento sustentável como aquele que supre as
necessidades das gerações presentes sem, no entanto, comprometer a capacidade
das gerações futuras de suprir suas próprias necessidades. O relatório deixa claro
que o desenvolvimento sustentável está relacionado não só com a economia, mas
também com o meio ambiente e a sociedade. Nesse contexto, a geração de
empregos é um aspecto fundamental para o desenvolvimento sustentável de um
país.
Essa constatação permite acrescentar novos argumentos ao debate em torno
dos benefícios da energia solar, na medida em que os dados sobre o potencial de
geração de empregos verdes evidenciam que a adoção de padrões de produção e
193
consumo mais sustentáveis, do ponto de vista ambiental, não é contraditória com a
geração de empregos, com a produtividade, com a competitividade das empresas e
com o progresso econômico e social dos países.
Para aumentar a oferta de empregos são necessárias duas abordagens. A
primeira é a busca por inovação, que ao trazer o desenvolvimento tecnológico cria
empregos estáveis e de alta qualificação. A segunda abordagem é o investimento
em qualificação para aumentar o número de trabalhadores. O treinamento dos
trabalhadores é um ponto-chave para o desenvolvimento das energias renováveis:
além de aumentar o volume de mão de obra, a qualificação aumenta a
competitividade e favorece novas oportunidades de investimentos e negócios
(ADES, 2013).
O crescimento da oferta de empregos verdes na economia brasileira será
ainda maior na medida em que os setores intensivos em energia forem
introduzindo tecnologias sustentáveis em seus processos de produção. É possível
que ocorra certa substituição de algumas ocupações atualmente existentes por
outras mais adequadas aos novos padrões de produção. Entretanto, o número total
de postos de trabalho deve crescer, tendo em vista o caráter sempre mais intensivo
em mão de obra das tecnologias consideradas “limpas” se comparadas às suas
congêneres tradicionais.
Especificamente no que concerne ao setor de energia solar fotovoltaica, pode
se considerar, baseado em informações providas por indústrias, que são criados 10
empregos para cada MW produzido e 33 para cada MW instalado. Estudo realizado
sobre o potencial brasileiro estima a geração de mais de 60 mil empregos na área
até 2025 (CGEE, 2010).
Além disso, a energia fotovoltaica apresenta um importante benefício
referente à criação de empregos, pois muitos dos postos de trabalho estão no local
da instalação do sistema, estimulando as economias locais e regionais (ABINEE,
2012). Nesse sentido, deve haver um esforço para ações de qualificação de
recursos humanos para instalar e dar manutenção aos sistemas fotovoltaicos em
todas as regiões do Brasil, notadamente em locais onde não é viável a extensão da
rede elétrica.
194
Diante do potencial de criação de empregos no setor, há que se pensar de que
maneira irá ocorrer a capacitação dos recursos humanos envolvidos. Além do
ensino técnico e prático, a qualificação deve contribuir para o cumprimento do
Plano Nacional de Qualificação (PNQ) do Governo Federal, no qual se orienta que
toda qualificação deve adotar uma metodologia pedagógica que valoriza os
indivíduos como sujeitos dotados de saberes e identidades socialmente
construídos, com vistas a promover a melhoria das condições de trabalho por meio
da educação ao mesmo tempo em que resguarda a qualidade de vida da população
(MTE, 2003).
Esse processo deve contribuir para a formação integral (intelectual, técnica,
cultural e cidadã) dos trabalhadores; o aumento da probabilidade de obtenção de
emprego e trabalho decente; a elevação da escolaridade dos trabalhadores; o
aumento da probabilidade de permanência no mercado de trabalho; e a elevação
da produtividade, melhoria dos serviços prestados, aumento da competitividade e
das possibilidades de elevação do salário ou da renda.
Além disso, deve-se dar relevância aos benefícios econômicos, sociais e
culturais efetivamente trazidos por essas ações de qualificação, avaliando a
capacidade de consolidar-se como uma política permanente e apta a lidar com as
transformações intensas e contínuas que vêm marcando a dinâmica do mundo do
trabalho, seja por inovações técnicas e gerenciais, seja por diversificação das
formas de trabalho, para propiciar o empoderamento dos sujeitos envolvidos
(MTE, 2003).
Fica evidente a importância da transmissão dos saberes científicos, pois se
um conhecimento não é utilizado para atender às reais necessidades da sociedade
ou para melhorar sua qualidade de vida, deixa de atender à primazia da produção
de conhecimento, que é justamente trazer benefícios para todos.
195
3.2.
Iniciativas de qualificação no Brasil
A falta de mão de obra qualificada para atuar no setor é um dos principais
obstáculos para a consolidação da energia solar fotovoltaica no país. Os
conhecimentos técnicos e científicos sobre energia solar fotovoltaica estão
restritos a grupos de pesquisa de universidades ou organizações governamentais,
embora a demanda por este tipo de energia “limpa” esteja em pleno crescimento.
Para verificar como se dá a transmissão dos conhecimentos na área, o
presente trabalho fez um levantamento das principais instituições de pesquisa do
país que contribuem para os avanços da tecnologia, para melhor conhecer as
atividades desenvolvidas e a infraestrutura, e pesquisou as iniciativas de
qualificação para profissionais da área, para compreender o perfil dos
profissionais atuantes no mercado de trabalho.
1) O Grupo de Estudos e Desenvolvimento de Alternativas Energéticas
(GEDAE)14 é vinculado ao Instituto de Tecnologia e à Faculdade de Engenharia
Elétrica da Universidade Federal do Pará (UFPA). O grupo iniciou suas atividades
científicas e tecnológicas no ano de 1994, considerando principalmente o aspecto
regional, preservando seu perfil universitário e atuando de maneira integrada com
a sociedade.
As principais finalidades do grupo são: desenvolvimento de tecnologias de
baixo custo para atendimento de energia elétrica a pequenas e médias cargas, com
o uso de energias renováveis; o levantamento de demandas e potenciais
energéticos; o desenvolvimento de pesquisa sobre eficiência energética e uso
racional, conservação e qualidade de energia; a avaliação e etiquetagem do nível de
eficiência energética em edificações; a disseminação do conhecimento por meio de
cursos de graduação e pós-graduação, palestras e seminários sobre fontes
renováveis de energia e suas aplicações; e a prestação de serviços na forma de
consultoria e cursos à comunidade em geral.
O GEDAE sedia o Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia de Energias
Renováveis e Eficiência Energética da Amazônia (INCT-EREEA) e integra a Rede
14
Mais informações sobre o GEDAE encontram-se disponíveis em www.ufpa.br/gedae.
196
Nacional de Eficiência Energética em Edificações (R3E) e a Rede Eletrobrás Procel
Solar.
2) O Grupo de Pesquisa Estratégica em Energia Solar da Universidade Federal
de Santa Catarina (FOTOVOLTAICA-UFSC) desenvolve estudos nas diversas áreas
de aplicação da energia solar no Brasil, com foco principal em sistemas
fotovoltaicos integrados ao entorno construído e interligados à rede elétrica
pública, os chamados Edifícios Solares Fotovoltaicos.
3) O Laboratório de Energia Solar da Universidade Federal do Rio Grande do
Sul (UFRGS) está localizado no Campus do Vale, na cidade de Porto Alegre, Rio
Grande do Sul. Sua estrutura física permite a realização de ensaios dos principais
componentes dos sistemas fotovoltaicos e térmicos e a implementação de
protótipos, além de servir de constante fonte para o desenvolvimento de trabalhos
dos alunos. Entre as áreas de atuação do laboratório destacam-se: instrumentação
geral de medidas elétricas, sistemas de ensaios de equipamentos solares e
microcomputadores.
O prédio sede do Laboratório de Energia Solar pode ser considerado um
protótipo da utilização da energia solar passiva no conforto térmico de edificações;
máquina produtora de gelo por ciclo de absorção água-amônia com capacidade de
100 kg/dia; conjunto de coletores com 20 m2 para produzir calor para a máquina
de gelo; sistema de secagem de grãos por energia solar; sistema de aquecimento de
água com energia solar; e pequena instalação fotovoltaica autônoma (500 Wp).
4) O Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia de Energias Renováveis e
Eficiência Energética da Amazônia (INCT-EREEA) está sediado em Belém do Pará,
mas atua em rede com outros centros de pesquisa do país com o intuito de
promover a disseminação de sistemas energéticos apropriados para a Amazônia,
bem como a formação de recursos humanos especializados em energia solar e
eólica.
5) O Grupo de Pesquisas em Fontes Alternativas de Energia do Departamento
de Energia Nuclear da Universidade Federal de Pernambuco (Grupo FAE) tem
atuado intensamente em pesquisa e desenvolvimento, formação de recursos
humanos e prestação de serviços na área da energia solar. Seu trabalho se faz em
estreita cooperação com o Programa de Desenvolvimento Energético de Estados e
197
Municípios (PRODEEM) do Ministérios de Minas e Energia (MME), com o Programa
Xingó e com o Centro de Pesquisa de Energia Elétrica (CEPEL), entre outros, na
identificação, desenvolvimento e aplicação das tecnologias energéticas adequadas
à vasta região do semiárido nordestino.
O Grupo FAE dispõe de uma área de testes em componentes de sistemas
solares, completamente acondicionada e instrumentada com sistemas de aquisição
de dados e sensores para medidas da radiação solar, medidas elétricas e
termohidráulicas. A área destina-se a testes de desempenho de curto e longo prazo
de componentes e sistemas solares em condições naturais de iluminação. Além
disso, trata-se de um espaço de demonstração da tecnologia solar, aberto
permanentemente à visita de estudantes, pesquisadores e público em geral.
6) O Centro de Pesquisas de Energia Elétrica (CEPEL), da Eletrobrás,
promove diversos convênios na área das aplicações fotovoltaicas para estudos e
pesquisas em alternativas energéticas, entre elas a solar. Consta de sua estrutura a
Casa Solar, parte do Centro de Referência para Energia Solar e Eólica Sérgio de
Salvo Brito (CRESESB) e do Centro de Aplicação de Tecnologias Eficientes (CATE),
construída com o objetivo de divulgar as aplicações da energia solar e as
tecnologias de uso eficiente de energia elétrica. Mantém um programa de visitas
que atende estudantes, profissionais e público em geral. Na Casa Solar também são
realizados cursos voltados para profissionais da área de fontes renováveis de
energia e palestras técnicas e educativas.
A pesquisa sobre os cursos na área de energia solar fotovoltaica oferecidos
por escolas técnicas foi realizada por meio da internet e de ligações telefônicas
junto a organizações que tradicionalmente atuam na formação de profissionais de
nível técnico, com destaque para SENAI (Serviço Nacional de Aprendizagem
Industrial), ETE (Escola Técnica Estadual), ETA (Escola Técnica Agrícola), CEFET
(Centro Federal de Educação Tecnológica) e IFSP (Instituto Federal de Educação,
Ciência e Tecnologia de São Paulo). Abrangeu todos os Estados brasileiros e
Distrito Federal, utilizando palavras-chave relacionadas a cursos de qualificação
para instaladores fotovoltaicos, treinamento em energia solar fotovoltaica,
capacitação de profissionais em sistemas fotovoltaicos, além de outras combinações
com essas palavras.
198
Por meio desta pesquisa com enfoque quantitativo e qualitativo, foi possível
concluir que as escolas técnicas como SENAI, ETE, ETA, CEFET, IFSP, entre outras,
oferecem apenas cursos pontuais. Não existe um programa direcionado para
formação de profissionais para o segmento fotovoltaico, como em outras áreas
técnicas, que possa contribuir decisivamente para aumentar a quantidade de
profissionais para o setor.
Para análise dos cursos oferecidos pela iniciativa privada, utilizou-se a
Pesquisa sobre cursos de capacitação na área fotovoltaica feita pelo Instituto para o
Desenvolvimento das Energias Alternativas na América Latina (IDEAL) em 2012.
Trata-se de uma análise detalhada sobre os cursos disponíveis, oferecidos por
empresas do mercado e por iniciativas de extensão de universidades privadas. A
quantidade de iniciativas demonstra o interesse pelo desenvolvimento da energia
solar no país. No entanto, não existe um padrão no que se refere aos conteúdos
programáticos dos cursos, demonstrando a necessidade de uma política instrutiva
ou programas de certificação para avaliar os aprendizados.
O levantamento realizado não permite uma análise conclusiva sobre os
cursos disponíveis, o que demandaria informações mais detalhadas sobre a
metodologia de ensino, as atividades práticas e as formas de avaliação, no entanto
foi iniciado com o objetivo de melhor compreender o perfil dos profissionais que
atuam nas áreas relacionadas com energia solar fotovoltaica, servindo de base para
criar padrões e avaliar as competências aprendidas em um possível programa para
certificação de instaladores de sistemas fotovoltaicos, como o que está sendo
planejado pelo INMETRO e cujos detalhes podem ser conferidos na referência
escrita por Zilles et al. (2009).
3.3.
Experiências de formação do LSF-IEE-USP
O sucesso de implementação e difusão de uma nova tecnologia para a
população, em nosso caso particular a tecnologia fotovoltaica, está relacionado
invariavelmente com a satisfação de três condições básicas: estar disponível
199
comercialmente; facilidade de obtenção de peças de reposição; e existência de
pessoal técnico com capacidade para instalar e dar manutenção aos sistemas
baseados na nova tecnologia.
Entretanto, as iniciativas de implantação de projetos voltados à eletrificação
com energia solar fotovoltaica dos últimos anos, quase como regra, se limitaram ao
âmbito de projetos promovidos pela Cooperação Internacional e pelo Governo
Federal. Na maioria dos casos, esses projetos não se preocuparam com a questão
da formação de pessoal especializado e em criar uma rede de assistência técnica e
de manutenção15.
Esse modelo de implantação de projetos, além de depender inteiramente de
recursos
externos,
apresenta
graves
lacunas
que
comprometem
sua
sustentabilidade, como a questão de não contemplar os recursos necessários para
treinamento, operação e manutenção de equipamentos, itens básicos à
sobrevivência de qualquer estrutura de geração de energia, o que pode gerar em
um breve espaço de tempo o sucateamento de todo o investimento realizado.
Essa ausência de treinamento conduz a muitos insucessos que afetam a
difusão e levam ao descrédito sobre a eficácia da tecnologia, causando graves
obstáculos à formação do mercado consumidor (ZILLES ET AL., 2009). Uma análise
de campo dos projetos implantados revela a existência de instalações mal feitas e
de equipamentos mal dimensionados ou mesmo impróprios, situação que tem
colaborado para a difusão de um falso conceito, vigente em algumas regiões, de
que os sistemas fotovoltaicos não funcionam.
São problemas que ocorrem em decorrência da falta de informação e
principalmente em razão da ausência de procedimentos de controle de qualidade e
de treinamento. Tal situação ocorre com qualquer nova tecnologia antes de atingir
um volume de mercado que a faça mobilizar comitês técnicos nacionais e
organismos de defesa ao consumidor. Acrescenta-se a este problema a omissão de
15 Para atuar como comerciante de equipamentos, o Programa Brasileiro de Etiquetagem
(PBE) exige a constituição de uma pessoa jurídica, que se responsabilize pelos equipamentos
vendidos aos consumidores. A lista de empresas oficialmente registradas junto ao INMETRO, aptas
a atuarem na comercialização de equipamentos fotovoltaicos no Brasil, pode ser consultada em sua
página eletrônica. Antes de realizar qualquer tipo de compra, um bom alvitre seria verificar se a
empresa fornecedora figura na relação do INMETRO. Isso é importante para assegurar os direitos
conquistados pelo código de defesa do consumidor, que regulamenta questões relacionadas às
garantias e trocas do produto em caso de defeito.
200
informação de experiências mal sucedidas, que de modo geral não são discutidas
nos encontros técnicos internacionais, perdendo-se assim a possibilidade de
aprender com erros do passado.
Como explicitado anteriormente, a Unidade de Capacitação surgiu para
atender às necessidades de formação de pessoal para trabalhar com energia solar
fotovoltaica e responder às lacunas estruturais da área. As experiências do LSF têm
obtido resultados de grande relevância, reunindo esforços para garantir a
sustentabilidade dos projetos após a saída das equipes de implantação.
A intenção deste trabalho de doutorado é reunir esse conhecimento
acumulado, não apenas a parte meramente técnica, mas também os
desdobramentos científicos e sociais do trabalho da Unidade de Capacitação.
É importante ressaltar que o trabalho do LSF-IEE-USP tem uma característica
de priorizar pesquisas que tenham um alto valor social agregado. Entre elas estão
estudos relacionados com três tipos de aplicações desenvolvidas para a produção
de energia elétrica por meio de sistemas fotovoltaicos: bombeamento de água,
dessalinização de água e produção de gelo, importantes usos para comunidades
isoladas, periféricas e com recursos econômicos escassos.
A primeira pesquisa que vale destacar o resultado é a tese defendida por
Paulo Marcos Noronha Serpa em 2001, em que o autor apresenta a metodologia de
planejamento participativo utilizada no processo de mudança tecnológica ocorrido
em comunidades caiçaras dentro de projetos desenvolvidos pelo LSF-IEE-USP. Tal
metodologia permitiu a avaliação constante e participativa do processo em
desenvolvimento e, propiciando o diálogo entre os agentes da mudança e as
comunidades envolvidas, evitou as situações de resistências que levaram ao
fracasso outros projetos de mudança tecnológica (SERPA, 2001).
A dissertação de mestrado, defendida em 2007 pelo autor desta tese de
doutorado, constou de uma pesquisa de campo, na qual foram acompanhadas a
implantação e a gestão de um projeto de implantação de 23 SFDs em uma
comunidade ribeirinha do Estado do Amazonas. O projeto foi desenvolvido no
201
contexto da Resolução ANEEL nº 8316 de 2004 e utilizou a configuração padrão
mínima estabelecida. A metodologia adotada foi a mesma utilizada em outras
experiências realizadas pelo LSF-IEE-USP e compreendeu a participação de todos
os envolvidos no planejamento e na execução das atividades (MOCELIN, 2007).
Então, com base nessa metodologia participativa, as atividades de gestão
foram focadas na integração da tecnologia fotovoltaica ao cotidiano da
comunidade, com transferência aos usuários e técnicos locais dos procedimentos
técnicos e organizacionais necessários para garantir a qualidade do fornecimento
de energia elétrica pelos SFDs. O objetivo foi promover a relativa autonomia da
comunidade, baseada nas potencialidades e recursos locais disponíveis, em relação
ao funcionamento e gestão dos sistemas.
A
introdução
da
tecnologia
fotovoltaica
promoveu
importantes
transformações na comunidade. A implantação de um sistema que tem por base
uma fonte de energia acessível e inesgotável promoveu uma relativa autonomia no
que diz respeito à utilização de eletricidade, pois apesar de já utilizarem energia
proveniente de um gerador a diesel, muitas vezes a comunidade se tornava refém
de interesses políticos, muito explorados em época de eleição, com promessas de
doação de geradores e fornecimento mensal de diesel pela prefeitura.
A leitura de outros trabalhos defendidos na Unidade podem beneficiar o
aprendizado de diferentes aplicações para sistemas fotovoltaicos, pois constam
principalmente de contribuições a partir de análises de campo. Seguem resumos
de algumas teses para exemplificar as linhas de atuação do LSF.
A tese intitulada Geração distribuída de eletricidade: inserção de edificações
fotovoltaicas conectadas à rede no Estado de São Paulo, datada de 2002, já tratava
de sistemas fotovoltaicos conectados à rede motivada por diversos países que
investiam na tecnologia solar fotovoltaica. Ela relata que as experiências mais
antigas costumavam utilizar o conceito de grandes centrais geradoras, capazes de
produzir grandes pacotes de energia. Essa forma de projetar os sistemas
A resolução ANEEL 83/2004, que tratava apenas de sistemas individuais, dentre os quais
se destacavam os sistemas fotovoltaicos domiciliares, foi atualizada pela resolução ANEEL
493/2012 que, além dos sistemas fotovoltaicos individuais, regulamenta o uso de sistemas
híbridos. Os valores de referência das duas resoluções ANEEL foram mantidos, portanto, um
sistema fotovoltaico que foi instalado de acordo com a resolução 83/2004 passa, automaticamente,
a se enquadrar na resolução 493/2012.
16
202
fotovoltaicos decorria da maneira tradicional de se planejar a expansão do setor
elétrico, na qual se buscava a utilização de fontes energéticas com grandes ganhos
de escala. Dessa forma, quanto maior a planta geradora, menor era o custo da
energia produzida. É dentro desse contexto que as primeiras experiências de
conexão de sistemas fotovoltaicos à rede foram concebidas (OLIVEIRA, 2002).
Tal tese, de autoria do pesquisador Sérgio Henrique Ferreira de Oliveira,
demonstrou que não há ganho de escala significativo na instalação de grandes
centrais fotovoltaicas. Para diminuir o custo de geração dos sistemas fotovoltaicos
é necessário, entre outras coisas, aumentar o mercado da tecnologia e, para isso,
não é preciso necessariamente instalar grandes centrais. Basta, por exemplo, que
seja instalado um grande número de pequenos sistemas, gerando eletricidade de
forma distribuída, ação que, inclusive, aproveita melhor as vantagens decorrentes
das características intrínsecas da tecnologia (OLIVEIRA, 2002).
Em sua tese de doutorado, defendida em 2002, Rosana Rodrigues dos
Santos parte da observação em campo de experiências de Eletrificação Rural
Fotovoltaica Domiciliar (ERFD) para fazer uma análise e sistematização dos
aspectos considerados relevantes ao funcionamento adequado e à longevidade dos
programas. A partir dessa análise, a autora caracterizou um atendimento típico
com sistemas fotovoltaicos domiciliares através de estimativa realista de consumo,
procedendo à definição de níveis de serviço fotovoltaico e dimensionamento
adequado dos equipamentos dos sistemas fotovoltaicos para cada um dos níveis de
serviço propostos (SANTOS, 2002).
A autora sistematizou os procedimentos para a eletrificação rural no Brasil
de forma a fornecer a seus possíveis agentes implementadores (concessionárias,
permissionárias, prefeituras, organizações não governamentais) e reguladores
(ANEEL) elementos para incrementar as chances de sucesso e, por conseguinte,
sua inclusão definitiva no rol de alternativas de atendimento elétrico rural. A
caracterização do atendimento com SFD e a estruturação de procedimentos
técnicos, além de responderem aos requisitos levantados em campo, são tratados
de forma a servir de base para uma estrutura de gestão e operação de programas
de ERFD afinados com o contexto regulatório brasileiro.
203
Federico Morante Trigoso, em sua tese defendida em 2004, intitulada
Demanda de energia elétrica e desenvolvimento socioeconômico: o caso das
comunidades rurais eletrificadas com sistemas fotovoltaicos, propõe procedimentos
para dimensionar sistemas fotovoltaicos que consideram os múltiplos fatores que
exercem forte influência no comportamento do consumo de populações. Estes
foram denominados fatores técnicos, gerenciais, psicológicos, geográficos,
demográficos, socioculturais e econômicos (MORANTE, 2004). Tal consumo,
conclui o autor, é caracterizado pela função de distribuição Gama, que em sua
essência indica que “muitas pessoas consomem pouco e poucas pessoas consomem
muito”.
Outra tese de doutorado defendida no âmbito do programa de pós-graduação
do IEE-USP foi a da pesquisadora Maria Cristina Fedrizzi, que fez um levantamento
e análise dos principais problemas relacionados ao abastecimento de água de
populações rurais remotas, com a utilização da tecnologia de bombeamento solar
fotovoltaico. Ela observou que a ocorrência de problemas estava, em grande parte
das vezes, relacionada a outros parâmetros que não à confiabilidade da tecnologia
propriamente dita. Questões como o tipo de concepção e implementação do
projeto, a forma de introdução do sistema na comunidade, o grau de organização e
informação dos usuários, além das características socioculturais da população
beneficiada têm grande influência na utilização e durabilidade do empreendimento
(FEDRIZZI, 2003).
O que se pode observar nas teses resumidas acima é que em projetos de
implementação de qualquer tipo de sistema fotovoltaico, as interações dos agentes
de eletrificação com os comunitários devem acontecer no intuito de facilitar a
apropriação da tecnologia por parte da comunidade. Para tal fim, é preciso planejar
atividades tais como: capacitação continuada aos usuários; fundo de operação e
manutenção; constituição de almoxarifado local; seleção e treinamento de técnicos
locais; implementação de uma logística de atendimento aos usuários;
estabelecimento de uma rotina de manutenção preventiva e corretiva e, por fim,
monitoramento do desempenho dos sistemas e da sua adaptabilidade ao meio.
Embora os próprios moradores possam atuar como técnicos locais e como
fornecedores de alguns materiais, é necessário pessoas capacitadas nesse tipo de
204
tecnologia nas principais cidades ou nas sedes dos municípios. A Resolução ANEEL
493/2012 determinou as responsabilidades de instalação e gestão para as
concessionárias de energia elétrica locais. Dessa forma, a contratação de técnicos
passou a ser obrigação dessas instituições. Ainda assim existe a dificuldade de
atender a populações remotas devido às grandes distâncias envolvidas. Nessas
situações, a capacitação de comunitários para atuarem como técnicos locais pode
ser uma alternativa que torna as atividades de gestão dos sistemas mais viáveis.
Para finalizar, selecionaram-se algumas fotos do acervo do LSF com o
propósito de apresentar elementos que possam contribuir para a qualificação de
recursos humanos. Sendo assim, encerra-se esta seção apresentando, na forma de
memória fotográfica, algumas experiências nas quais houve participação dos
pesquisadores do LSF.
A primeira foto dessa sequência mostra o professor Roberto Zilles no
município de Benjamim Constant, Amazonas, em 1998, explicando as
características do sistema fotovoltaico que viria a ser instalado nessa comunidade
pertencente ao povo Ticuna. Observa-se a presença de recursos didáticos
utilizando objetos reais, tais como garrafas contendo querosene (fazendo uma
alusão a toda forma de iluminação preexistente), baterias eletroquímicas e caixa de
ferramentas para uso com o novo sistema.
205
Figura 126:Experiências de formação do LSF – aula em comunidade no Alto Rio Solimões-AM.
A figura 127, por sua vez, mostra os moradores de uma comunidade no Vale
do Ribeira, Ilha do Cardoso, Estado de São Paulo, sendo incentivados a interagir
com um quadro elétrico, que foi posteriormente instalado na casa deles.
Figura 127: Experiências de formação do LSF – aula prática no Vale do Ribeira-SP.
206
A figura 128 retrata um momento em que estão sendo dadas explicações de
como funciona um módulo fotovoltaico, para moradores de um assentamento rural
no município de Presidente Bernardes, Oeste Paulista, em 1999.
Figura 128: Experiências de formação do LSF – aula em assentamento rural no Pontal do
Paranapanema.
A figura 129 mostra o mesmo assentamento, mas destaca uma atividade
prática, na qual os moradores estão realizando conexões elétricas nos módulos,
sendo estimulados a manusear ferramentas essenciais para a instalação e
manutenção do sistema que estava sendo proposto.
Figura 129: Experiências de formação do LSF – aula prática de conexão de módulos fotovoltaicos.
207
A figura 130 mostra outro momento de treinamento, em uma comunidade
ribeirinha localizada no município de Uarini, região do Médio Rio Solimões,
Amazonas, no ano de 2005. Nota-se a presença de kits didáticos com lâmpadas,
usados como acessórios para auxiliar nas explicações de funcionamento das
instalações elétricas internas da casa. O manuseio de instrumentos de medição,
como multímetros, também auxilia a explicar conceitos como tensão, corrente e
frequência elétrica.
Figura 130: Experiências de formação do LSF – aula com kits didáticos em comunidade no Médio Rio
Solimões-AM.
A figura 131 mostra alguns momentos do curso de capacitação de técnicos
locais na mesma comunidade. Nota-se vários recursos didáticos, como cartazes,
kits, ferramentas, instrumentos de medição e equipamentos reais, utilizados para
facilitar a transferência dos conhecimentos sobre a tecnologia fotovoltaica, que
possibilitam aos comunitários se sentirem mais próximos dos sistemas instalados
em seus domicílios.
208
Figura 131: Experiências de formação do LSF – aula prática com comunitários.
A figura 132 mostra o uso de outro kit didático, utilizado para explicar como
funciona um sistema fotovoltaico de conexão à rede elétrica de uma concessionária
de energia. Na foto dessa figura, aparece uma turma de graduação do curso de
engenharia elétrica da Escola Politécnica da USP, observando a demonstração de
funcionamento de um sistema fotovoltaico.
209
Figura 132: Experiências de formação do LSF – aula com kit didático para alunos de graduação da USP.
A figura 133 mostra outro momento com os alunos, direcionado para as
explicações sobre sistemas fotovoltaicos domiciliares a partir de um protótipo de
SIGFI13 existente na Unidade de Capacitação Tecnológica do LSF-IEE-USP.
Figura 133: Experiências de formação do LSF – aula prática para alunos de graduação da USP.
210
A figura 134 mostra uma demonstração de funcionamento, na cidade de
Arequipa, no Peru, durante o XVI Simpósio Peruano de Energia Solar, realizado em
novembro de 2009. Observa-se na foto que o Kit de conexão à rede é usado como
apoio nas explicações sobre o comportamento de um sistema conectado à rede.
Uma funcionalidade desse kit é a possibilidade de conectá-lo a um computador, o
que permite a visualização de vários parâmetros da geração fotovoltaica como
tensão, corrente, frequência, potência e energia, todos eles disponibilizados pelo
circuito de medição existente no interior do inversor c.c./c.a. de conexão à rede
pertencente ao kit.
Figura 134: Experiências de formação do LSF – aula com kit didático na cidade de Arequipa no Peru.
Na foto da figura 135 aparece uma turma de estudantes recebendo
informações de como ocorre a transformação da radiação solar em eletricidade,
usando para esse propósito um gerador fotovoltaico, instalado em uma área
externa, conectado ao kit de conexão à rede, o qual é exibido dentro da sala de aula
na foto da figura 134.
211
Figura 135: Experiências de formação do LSF – aula prática para alunos na cidade de Arequipa no Peru.
As fotos 126 até 135 ilustram algumas ações educativas em que membros do
LSF atuaram, disseminando boas práticas e demonstrando que a tecnologia
fotovoltaica funciona, é confiável e está cada vez mais competitiva. Evidencia-se
que o uso dos tais kits didáticos auxiliam nesse processo, por serem úteis e
objetivos, por cumprirem seu papel de modo universal com simplicidade e por
conseguirem atingir diferentes públicos. A figura 136 mostra dois deles, que
reproduzem as instalações elétricas internas de uma casa, permitindo ensinar aos
técnicos locais procedimentos de medição de tensão e corrente elétrica nas
tomadas e lâmpadas como se estivessem em um domicílio.
212
Figura 136: Experiência de formação do LSF – kits didáticos para instalações elétricas.
Na figura 137 são mostrados acessórios empregados em atividades de
treinamento. A foto é de uma ação em comunidade que estava sendo eletrificada
por meio da energia solar, na qual foram empregados outros recursos multimídias,
como retroprojetores, computadores e vídeo aulas, que não aparecem nas fotos.
Figura 137: Experiências de formação do LSF – kits didáticos para sistemas fotovoltaicos domiciliares.
As fotos da figura 138 mostram diferentes montagens para o mesmo kit. Eles
foram instalados de diferentes maneiras para facilitar o seu transporte para os
213
locais onde foram apresentados. As fotos superiores mostram as disposições
utilizadas em suas aparições no LSF e na cidade de Arequipa, enquanto as
inferiores mostram esse kit na ocasião da Oficina de Trabalho sobre Sistemas
Fotovoltaicos para Microrredes Isoladas e Interligados à Rede Elétrica, realizada
em Belém, no Estado do Pará, em fevereiro de 2010. Detalhes sobre o
funcionamento desse kit de conexão à rede podem ser encontrados na publicação
Pinto Neto et al. (2010).
Figura 138: Experiência de formação do LSF – kits didáticos para sistemas fotovoltaicos conectado à
rede elétrica.
Outras experiências de capacitação17 e divulgação da tecnologia fotovoltaica
são realizadas frequentemente nas dependências da Unidade de Capacitação
Tecnológica do Laboratório de Sistemas Fotovoltaicos do IEE-USP. Entre elas,
destaca-se a visita constante da sociedade, formada por um público diversificado,
17 Cita-se, como exemplo de outra experiência na qual a estrutura do LSF-IEE-USP foi
utilizada para capacitação de recursos humanos, as aulas ministradas no curso colaborativo de
engenharia ambiental, intitulado The Global Challenges of Energy Production in the Coming Decades.
Esse curso é oferecido pela Harvard University em parceria com a Universidade de São Paulo. No
ano 2013, essas instituições promoveram a realização de algumas aulas desse curso no Brasil,
sendo que um dos locais escolhidos para a realização de visitas técnicas e demonstrações de
funcionamento de sistemas fotovoltaicos foi o LSF.
214
composto por alunos do ensino médio, empresários, professores, todos
interessados no funcionamento da tecnologia e em sua viabilidade. Estar acessíveis
para atender a esse público, diariamente, é uma importante contribuição do LSF
para promover a disseminação da energia solar.
3.4.
Conteúdos curriculares
Uma das contribuições desta tese é reunir, disponibilizar e socializar grande
parte do conhecimento acumulado em 18 anos de diferentes pesquisas feitas na
Unidade de Capacitação do LSF-IEE-USP. Catalogar quais procedimentos técnicos
foram utilizados nos testes da Unidade e quais foram os resultados práticos disso
constitui um dos objetivos. A pretensão é gerar um documento que contenha
subsídios para os interessados em aprender um pouco mais sobre as diferentes
aplicações dos sistemas fotovoltaicos, os procedimentos técnicos e as exigências
legais.
As informações apresentadas são resultados de diversas pesquisas e testes
feitos por diferentes pessoas ao longo da existência do laboratório. O maior
objetivo é consolidar, em um documento conciso, informações práticas, simples e
precisas sobre os resultados das pesquisas realizadas, bem como os procedimentos
técnicos utilizados nos testes realizados nos laboratórios, disponibilizando assim
os conhecimentos acumulados sobre os diferentes tipos de aplicações da energia
fotovoltaica. Sem a intenção de ser conclusivo com relação a procedimentos e
métodos, a elaboração deste trabalho é um passo inicial para um exercício
permanente de difusão da tecnologia, em especial em um cenário de rápidos
avanços tecnológicos e mudanças sociais.
O trabalho oferece um mapeamento de diferentes exigências, normas e
procedimentos para que cada sistema, cada instalação de energia solar, seja feita
de forma correta e que esses conhecimentos possam ser utilizados para promover
a formação de pessoal capacitado.
A proposição de uma ementa de conteúdos que contemple as questões
discutidas acima e que proporcione uma formação compatível com as atribuições
215
profissionais requeridas pelo setor de energia solar fotovoltaica deve abranger
tanto conhecimentos teóricos quanto práticos. A profundidade de tais
conhecimentos depende do grau de interesse de atuação profissional. As
orientações contidas nas ementas podem ser estendidas às diversas aplicações da
energia solar fotovoltaica, bastando que sejam consideradas as características
específicas de cada uma delas.
3.4.1
Planejamento e gestão de projetos
Um planejamento que garanta a continuidade dos benefícios promovidos
pelos sistemas fotovoltaicos durante toda a vida útil do projeto deve ser feito em
escala local e com participação social, de modo que os sistemas possam sobreviver
à falta de suporte técnico consolidado, como os existentes nos sistemas
centralizados dos meios urbanos.
O planejamento deve se preocupar com a coleta e organização das
informações gerais, patrimoniais e operacionais, cujas inter-relações constituem a
gestão das informações do projeto. Em termos de perspectivas futuras, essas
informações serão úteis para a concessionária ou permissionária que assumir a
responsabilidade dos sistemas, no que se refere ao controle patrimonial, à logística
de atendimento aos usuários e à situação dos sistemas fotovoltaicos na sua área de
concessão.
Nesse memorial documental da iniciativa devem constar as atas das reuniões,
as quais descrevem os compromissos e as responsabilidades assumidos pela
comunidade atendida e pela equipe de implementação, bem como o prontuário
elétrico da instalação. Constam desses relatórios o mapeamento espacial da
comunidade, com a localização dos domicílios eletrificados ou a eletrificar e das
construções de uso comunitário, tais como centro comunitário, escola e igreja.
O prontuário de cada instalação deve conter a planta baixa da residência, com
a localização dos pontos de iluminação e tomadas, a carga instalada em cada
domicílio, os procedimentos de manutenção preventiva e outras observações
pertinentes às instalações.
216
A situação antes da eletrificação fotovoltaica também deve ser documentada,
observando a existência de outros tipos de geração de eletricidade (como
minirrede de distribuição de energia elétrica) e das cargas conectadas em baterias
e geradores individuais. Essa documentação do projeto é essencial para o
compartilhamento das informações entre as instituições envolvidas e serve como
base de dados para otimizar os mecanismos de gerenciamento da eletrificação.
Para exemplificar a importância da documentação em uma iniciativa de
eletrificação, comenta-se sobre uma avaliação realizada pelo Tribunal de Contas da
União sobre o Programa Energia das Pequenas Comunidades. Nela foi constatado o
descontrole patrimonial dos equipamentos. Essa avaliação cita como efeito e causa
desse descontrole a não existência de um cadastro com a situação dos
equipamentos instalados, configurando a importância de um atendimento pontual
e disperso com necessidade de estrutura capilar de acompanhamento, manutenção
e documentação (TCU, 2003).
É importante prever um estoque de peças para reposição dos principais
componentes dos sistemas a serem instalados. A quantidade de peças de reposição
deve ser proporcional ao número de sistemas instalados e deve existir uma forma
de manter os gestores do projeto informados sobre a situação do estoque. É
preciso um controle do material e dos motivos da substituição, bem como de uma
logística para recolher o material inutilizado e acondicioná-lo em recipientes
adequados, para reciclagem ou destinação final, evitando-se, assim, a
contaminação do meio ambiente.
Para garantir a sustentabilidade dos projetos e reduzir os custos de operação
e manutenção, é necessário contar com os recursos existentes na localidade ou em
suas proximidades. Isso requer o estabelecimento de um mercado local com a
capacidade de fornecer, com qualidade e confiabilidade, os diversos materiais a
serem utilizados. No futuro, as próprias concessionárias de eletricidade da
localidade devem ser as responsáveis pelo fomento e estabelecimento dessas
condições, como já é previsto em lei.
O planejamento de projetos, especialmente em comunidades dispersas, deve
prever a realização de cursos sobre sistemas fotovoltaicos para a comunidade
atendida. Esse treinamento refere-se a uma série de atividades de capacitação
217
dirigidas aos comunitários interessados em aprimorar seus conhecimentos em
eletricidade. Esses cursos têm a finalidade de capacitar técnicos locais a realizarem
a rotina de manutenção preventiva dos sistemas fotovoltaicos, o controle do
almoxarifado, o suporte aos demais usuários que necessitarem de auxílio técnico e
o recolhimento do material inutilizado.
O planejamento dos projetos deve prever essas atividades educacionais,
como os cursos de capacitação que aproveitem todas as potencialidades dos
moradores, adaptem-se à realidade local e, dentro do possível, fomentem a
inclusão dos recursos que a comunidade oferece. A linguagem utilizada não deve
incluir palavras técnicas desconhecidas e, fundamentalmente, os conceitos devem
ser relacionados com atividades, objetos ou situações do dia-a-dia dos moradores.
Também é muito importante passar as informações utilizando meios físicos de
fácil manipulação, tangíveis e palpáveis, evitando abstrações (MORANTE ET AL.,
2006).
A capacitação de técnicos locais e a constituição de um almoxarifado de
reposição de peças em caso de comunidades dispersas possibilitam um esquema
de execução descentralizada das rotinas de manutenção preventiva e, na medida
do possível, corretiva. Contudo, esse modelo de gestão não elimina a necessidade
de um suporte técnico externo, pois a cadeia de suprimentos requerida para a
operação dos sistemas fotovoltaicos vai além dos recursos locais disponíveis.
O atendimento aos usuários requer tanto a existência de recursos humanos
qualificados quanto a disponibilidade de infraestrutura. Esses requerimentos e
suas inter-relações implicam a necessidade de uma logística de atendimento. A
logística de atendimento refere-se à organização das pessoas e dos meios
utilizados para garantir a operação e a manutenção dos sistemas fotovoltaicos
instalados, ou seja, é um instrumento para assegurar o padrão de qualidade e a
continuidade do fornecimento de energia elétrica, conforme determina a
Resolução ANEEL nº 493 de 2012.
Os fatores envolvidos na logística de atendimento ao usuário são: i) no que
tange ao fluxo dos materiais, trata da provisão, da aquisição, do armazenamento,
do transporte, da distribuição, da reparação e do recolhimento dos materiais
inutilizados, além da localização e especificidade do ferramental; ii) quanto aos fins
218
operacionais, refere-se ao planejamento e à execução da manutenção preventiva e
corretiva, ao monitoramento do desempenho dos sistemas, à coleta de dados, à
leitura de consumo e ao recebimento de pagamentos.
Os agentes do suporte técnico precisam de habilidades específicas, tais como
possuir conhecimentos técnicos sobre os sistemas e sobre o ferramental
apropriado, saber se relacionar com os usuários e dar explicações claras e
pertinentes sobre o uso dos sistemas fotovoltaicos, bem como possuir
conhecimento das condições locais, para que possam se deslocar com rapidez e
segurança na região.
O atendimento aos usuários de comunidades remotas da Região Amazônica,
por exemplo, requer um planejamento minucioso, pois as distâncias são muito
grandes e o meio de transporte viável é o fluvial. Assim, a infraestrutura disponível
para suporte deve contar com piloto, barco, combustível, ferramentas e
documentação
(identificação
do
consumidor/patrimônio,
coordenadas
de
localização, etc.). A logística de atendimento tem influência nos custos operacionais
de um sistema fotovoltaico e, portanto, deve ser planejada visando à redução de
custos operacionais.
No âmbito das concessionárias, a logística de atendimento aos usuários
requer a incorporação, em sua estrutura operacional, de um sistema de
atendimento às chamadas com recursos humanos capazes de fornecer informações
aos usuários sobre o funcionamento dos sistemas, para evitar deslocamentos
desnecessários da equipe técnica. O sistema de atendimento deve coletar
informações sobre que tipo de problema ocasionou a falha e repassar essas
informações para a equipe de campo, para que esta possa realizar ações dirigidas e
agilizar a manutenção dos sistemas. Ainda, deve ser capaz de agregar dados sobre
os problemas ocorridos em localidades próximas, a fim de otimizar o atendimento.
Com a normatização cada vez mais rigorosa a que são submetidos os
sistemas fotovoltaicos em relação ao controle de qualidade dos componentes, é
possível uma previsão otimista em relação ao funcionamento dos sistemas.
As distâncias envolvidas entre a comunidade e as sedes dos municípios
vizinhos torna de fundamental importância a efetivação de uma manutenção em
nível local, sendo necessária a capacitação de técnicos locais para o conhecimento
219
dos principais componentes do sistema fotovoltaicos instalado, do ferramental
apropriado e do estoque de reposição de peças. O estabelecimento de uma rotina
de inspeção e manutenção preventiva dos equipamentos é fundamental para
garantir uma operação eficiente e reduzir a necessidade de manutenções
corretivas.
Como visto na seção anterior, um sistema fotovoltaico pode ser concebido na
topologia de sistema isolado ou conectado em uma rede de distribuição de
eletricidade. A escolha entre cada uma destas configurações determina práticas
distintas de gerenciamento dos sistemas durante toda a vida útil do
empreendimento. Esta seção descreve e compara as práticas de gestão para cada
uma das configurações e apresenta os requisitos necessários para a gestão de
sistemas fotovoltaicos. As tabelas que seguem não são exaustivas e os seus
conteúdos servem apenas como ponto de partida para a discussão sobre os
critérios de decisão entre tais configurações.
A tabela 19 mostra uma comparação entre as diferentes configurações para
sistemas fotovoltaicos de bombeamento de água, isolado usando conversor de
frequência e conectado à minirrede.
Tabela 19: Comparação entre a instalação e gestão de duas configurações de sistemas
fotovoltaicos para bombeamento de água.
Atividade
Motobomba conectada no sistema
isolado
Motobomba conectada no
sistema híbrido
Montagem do arranjo
fotovoltaico
Arranjo exclusivo e centralizado.
Arranjo compartilhado,
centralizado ou distribuído.
Instalação elétrica
Montagem do quadro elétrico com
CF e parametrização do CF.
Montagem do quadro elétrico
convencional e extensão de
um ramal da minirrede.
Instalação hidráulica
Convencional.
Convencional.
Obra civil
Montagem da estrutura de
sustentação do arranjo fotovoltaico
exclusivo.
Se a minirrede já existir,
deve-se realizar a obra civil
para a fixação dos postes e
condutores elétricos até o
quadro elétrico da
motobomba
Recursos humanos
Conhecimentos em instalações
elétrica prediais, montagem de
quadro elétrico com conversor de
frequência e parametrização de
Se a minirrede já existir,
conhecimentos em
instalações elétrica prediais.
Se a minirrede não existir,
220
conversor de frequência.
conhecimentos em
parametrização de inversores
bidirecionais, instalações de
baterias, geradores a diesel,
inversores c.c./c.a. de conexão
à rede, controladores de carga
e rede de distribuição de
energia elétrica.
Dimensionamento
Considera a acumulação de energia
na forma de energia potencial
gravitacional, armazenando água a
uma certa altura, e o perfil de
consumo de água preexistente.
Considera a acumulação
eletroquímica no banco de
baterias, o regime de
funcionamento do gerador
diesel e os perfis de consumo
de eletricidade e de água
preexistentes.
Bombeamento de água
Somente diurno, dependente da
irradiância.
Diurno ou noturno.
Manutenção elétrica
Troca do conversor de frequência e
parametrização.
Componentes do sistema
híbrido e rede de distribuição
de energia elétrica.
Manutenção hidráulica
Convencional.
Convencional.
Manutenção nas
instalações
Limpeza do arranjo fotovoltaico
dedicado.
Limpeza dos diferentes
arranjos fotovoltaicos, poda
de árvores no percurso da
rede de distribuição e
manutenção no gerador
diesel.
Logística de
suprimentos
Infraestrutura para adquirir e
instalar conversores de frequência e
motobombas trifásicas.
Infraestrutura para adquirir e
instalar os diversos
componentes do sistema
híbrido e motobombas.
Recursos para a aquisição e
transporte de óleo diesel.
Custo operacional
Sem custo, o sistema funciona de
maneira autônoma, bombeando água
para a caixa de água enquanto
houver energia solar suficiente.
Consumo de óleo diesel, troca
dos filtros do gerador diesel e
troca das baterias a cada ciclo
de vida. Custos logísticos e de
mão de obra para o
suprimento de óleo diesel.
A tabela 20 mostra uma comparação entre as diferentes configurações para
sistemas fotovoltaicos de dessalinização de água, isolado e conectado à minirrede.
221
Tabela 20: Comparação entre a instalação e gestão de duas configurações de sistemas
fotovoltaicos para dessalinização de água.
Atividade
Dessalinizador conectado
no sistema isolado
Dessalinizador conectado no
sistema híbrido
Montagem do arranjo
fotovoltaico
Arranjo exclusivo e
centralizado.
Arranjo compartilhado,
centralizado ou distribuído.
Instalação elétrica
Montagem do quadro
elétrico com controlador de
carga e descarga.
Montagem do quadro elétrico
convencional e extensão de um
ramal da minirrede.
Instalação hidráulica
Convencional.
Convencional.
Obra civil
Montagem da estrutura de
sustentação do arranjo
fotovoltaico exclusivo.
Se a minirrede já existir, deve-se
realizar a obra civil para a
fixação dos postes e condutores
elétricos até o quadro elétrico do
dessalinizador.
Recursos humanos
Conhecimentos em
instalações elétricas prediais
e montagens de banco de
baterias e quadro elétrico
com controlador de carga e
descarga.
Se a minirrede já existir,
conhecimentos em instalações
elétrica prediais. Se a minirrede
não existir, conhecimentos em
parametrização de inversores
bidirecionais, instalações de
baterias, geradores a diesel,
inversores c.c./c.a. de conexão à
rede, controladores de carga e
rede de distribuição de energia
elétrica.
Dimensionamento
Considera a acumulação
eletroquímica no banco de
baterias e o perfil de
consumo de água
preexistente.
Considera a acumulação
eletroquímica no banco de
baterias, o regime de
funcionamento do gerador diesel
e os perfis de consumo de
eletricidade e de água
preexistentes.
Bombeamento de água
Se não existir um sistema de
bombeamento da água do
ponto de captação ao
dessalinizador, deve-se ter
outro sistema fotovoltaico
para realizar a captação da
água a ser tratada ou
verificar se a disponibilidade
do sistema autônomo atende
bombeamento e tratamento
de água.
O sistema de bombeamento de
água pode ser conectado à rede
elétrica utilizando o mesmo
ramal da minirrede usado para o
dessalinizador. Nesse caso, podese montar um único quadro
elétrico de distribuição com dois
circuitos, um para bombeamento
e outro para tratamento de água.
Dessalinização de água
Diurno ou noturno.
Diurno ou noturno.
Manutenção elétrica
Troca do controlador de
carga e descarga e baterias.
Componentes do sistema híbrido
e rede de distribuição de energia
222
elétrica.
Manutenção hidráulica
Convencional.
Convencional.
Manutenção nas instalações
Limpeza do arranjo
fotovoltaico dedicado.
Limpeza dos diferentes arranjos
fotovoltaicos, poda de árvores no
percurso da rede de distribuição
e manutenção no gerador diesel.
Logística de suprimentos
Infraestrutura para adquirir
e instalar controladores de
carga, baterias e
dessalinizador.
Infraestrutura para adquirir e
instalar os diversos
componentes do sistema híbrido
e dessalinizador. Recursos para a
aquisição e transporte de óleo
diesel.
Custo operacional
Custos logísticos e de
suprimentos para troca de
baterias e reposição do
controlador de carga.
Consumo de óleo diesel, troca
dos filtros do gerador diesel e
troca das baterias a cada ciclo de
vida. Custos logísticos e de mão
de obra para o suprimento de
óleo diesel.
A tabela 21 mostra uma comparação entre as diferentes configurações para
sistemas fotovoltaicos para produção de gelo, isolado usando conversor de
frequência e conectado à minirrede.
Tabela 21: Comparação entre a instalação e gestão de duas configurações de sistemas
fotovoltaicos para produção de gelo.
Atividade
Máquina de gelo conectada
no sistema isolado
Máquina de gelo conectada
no sistema híbrido
Montagem do arranjo
fotovoltaico
Arranjo exclusivo e
centralizado.
Arranjo compartilhado,
centralizado ou distribuído.
Instalação elétrica
Montagem do quadro elétrico
com CF e parametrização do
CF.
Montagem do quadro elétrico
convencional e extensão de um
ramal da minirrede.
Instalação hidráulica
Convencional.
Convencional.
Obra civil
Montagem da estrutura de
sustentação do arranjo
fotovoltaico exclusivo.
Se a minirrede já existir, devese realizar a obra civil para a
fixação dos postes e
condutores elétricos até o
quadro elétrico da máquina
que produz gelo.
Recursos humanos
Conhecimentos em instalações
elétricas prediais, montagem
de quadro elétrico com
conversor frequência e
parametrização de conversor
de frequência.
Se a minirrede já existir,
conhecimentos em instalações
elétricas prediais. Se a
minirrede não existir,
conhecimentos em
parametrização de inversores
223
bidirecionais, instalações de
baterias, geradores a diesel,
inversores c.c./c.a. de conexão
à rede, controladores de carga
e rede de distribuição de
energia elétrica.
Dimensionamento
Considera a acumulação de
energia na forma de energia
térmica para solidificação da
água. Calor sensível e calor
latente de solidificação da
água.
Considera a acumulação
eletroquímica no banco de
baterias, o regime de
funcionamento do gerador
diesel e os perfis de consumo
de eletricidade, de água e de
gelo preexistentes.
Bombeamento de água
Se não existir um sistema de
bombeamento da água do
ponto de captação até a
máquina de gelo, deve-se ter
outro sistema fotovoltaico
para realizar a captação da
água.
O sistema de bombeamento de
água pode ser conectado à
rede elétrica utilizando o
mesmo ramal da minirrede
usado para a máquina de gelo.
Tratamento de água
Se já não existir um sistema de
tratamento da água , caso
necessário, deve-se ter outro
sistema fotovoltaico para
realizar o tratamento da água a
ser congelada.
O sistema de tratamento de
água pode ser conectado à
rede elétrica utilizando o
mesmo ramal da minirrede.
Nesse caso, pode-se montar
um único quadro elétrico de
distribuição com três circuitos,
um para bombeamento, outro
para tratamento de água e o
terceiro para a máquina de
gelo.
Produção de gelo
Somente diurna, dependente
da irradiância.
Diurna ou noturna.
Manutenção elétrica
Troca do conversor de
frequência e parametrização.
Componentes do sistema
híbrido e rede de distribuição
de energia elétrica.
Manutenção de refrigeração
Quando utilizado com
conversor de frequência, o
compressor da máquina de
gelo deve ser acionado por um
motor de indução trifásico.
Convencional, o equipamento
de refrigeração pode ser do
tipo liga e desliga com controle
por meio de termostato ou do
tipo aberto, com compressor e
motor separados.
Manutenção nas instalações
Limpeza do arranjo
fotovoltaico dedicado.
Limpeza dos diferentes
arranjos fotovoltaicos, poda de
árvores no percurso da rede de
distribuição e manutenção no
gerador diesel.
Logística de suprimentos
Infraestrutura para adquirir e
instalar conversores de
frequência e equipamento de
refrigeração com compressor
Infraestrutura para adquirir e
instalar os diversos
componentes do sistema
híbrido. Recursos para a
224
Custo operacional
acionado por motor trifásico.
aquisição e transporte de óleo
diesel.
Sem custo, o sistema funciona
de maneira autônoma,
produzindo gelo enquanto
houver energia solar
suficiente.
Consumo de óleo diesel, troca
dos filtros do gerador diesel e
troca das baterias a cada ciclo
de vida. Custos logísticos e de
mão de obra para o
suprimento de óleo diesel.
A tabela 22 mostra uma comparação entre as diferentes configurações para
sistemas fotovoltaicos domiciliares, isolado e conectado à minirrede.
Tabela 22: Comparação entre a instalação e gestão de duas configurações de sistemas
fotovoltaicos domiciliares.
Atividade
Domicílio conectado no
sistema isolado
Domicílio conectado no
sistema híbrido
Montagem do arranjo
fotovoltaico
Arranjo exclusivo e centralizado.
Arranjo compartilhado,
centralizado ou distribuído.
Instalação elétrica
Montagem do quadro elétrico
com controlador de carga e
descarga e inversor c.c./c.a.
Montagem do padrão de
entrada da concessionária
local e extensão de um ramal
da minirrede.
Obra civil
Montagem da estrutura de
sustentação do arranjo
fotovoltaico exclusivo.
Construção do abrigo para as
baterias.
Se a minirrede já existir, devese realizar a obra civil para a
fixação dos postes e
condutores elétricos até o
padrão de entrada do
domicílio.
Recursos humanos
Conhecimentos em instalações
elétricas prediais e montagens
de banco de baterias e quadro
elétrico com controlador de
carga e descarga e inversor
c.c./c.a.
Se a minirrede já existir,
conhecimentos em instalações
elétricas prediais. Se a
minirrede não existir,
conhecimentos em
parametrização de inversores
bidirecionais, instalações de
baterias, geradores a diesel,
inversores c.c./c.a. de conexão
à rede, controladores de carga
e rede de distribuição de
energia elétrica.
Dimensionamento
Considera a acumulação
eletroquímica no banco de
baterias e o perfil de consumo
energético preexistente, como
por exemplo, pilhas, velas,
fósforo, GLP, lenha, querosene,
óleo diesel, entre outros.
Considera a acumulação
eletroquímica no banco de
baterias, o regime de
funcionamento do gerador
diesel e os perfis de consumo
energético e de água
preexistentes.
Bombeamento de água
Condicionado à existência de
O sistema de bombeamento de
225
motobomba monofásica ou em
tensão contínua e à
disponibilidade energética do
SFD. Caso contrário, deve-se
instalar um outro sistema
fotovoltaico para conexão com a
motobomba.
água pode ser conectado à
rede elétrica através da
extensão de um ramal da
minirrede.
Dessalinização de água
Condicionado à existência de
dessalinizador monofásico ou
em tensão contínua e à
disponibilidade energética do
SFD. Caso contrário, deve-se
instalar um outro sistema
fotovoltaico para conexão com o
dessalinizador.
O sistema de tratamento de
água pode ser conectado à
rede elétrica através da
extensão de um ramal da
minirrede.
Produção de gelo
Condicionado à existência de
equipamento de congelamento
monofásico ou em tensão
contínua e à disponibilidade
energética do SFD. Caso
contrário, deve-se instalar um
outro sistema fotovoltaico para
conexão com o
motor/compressor.
O sistema de produção de gelo
pode ser conectado à rede
elétrica através da extensão de
um ramal da minirrede. Nesse
caso, pode-se montar um único
quadro elétrico de distribuição
com três circuitos, um para o
sistema de bombeamento e os
outros para tratamento de
água e para máquina de gelo.
Manutenção elétrica
Troca do controlador de carga e
descarga, inversor c.c./c.a. e
baterias.
Componentes do sistema
híbrido e rede de distribuição
de energia elétrica.
Manutenção nas
instalações
Limpeza do arranjo fotovoltaico
dedicado e verificação do nível
de eletrólito das baterias.
Limpeza dos diferentes
arranjos fotovoltaicos, poda de
árvores no percurso da rede de
distribuição, manutenção no
gerador diesel, verificação do
nível de eletrólito das baterias.
Logística de suprimentos
Infraestrutura para adquirir e
instalar controladores de carga e
descarga, inversores c.c./c.a. e
baterias.
Infraestrutura para adquirir e
instalar os diversos
componentes do sistema
híbrido. Recursos para a
aquisição e transporte de óleo
diesel.
Custo operacional
Custos logísticos e de
suprimentos para troca de
baterias e reposição do
controlador de carga e descarga
e inversor c.c./c.a.
Consumo de óleo diesel, troca
dos filtros do gerador diesel e
troca das baterias a cada ciclo
de vida. Custos logísticos e de
mão de obra para o
suprimento de óleo diesel.
A tabela 23 mostra uma comparação entre as diferentes configurações para
sistemas fotovoltaicos conectado à rede elétrica, sem baterias e com baterias.
226
Tabela 23: Comparação entre a instalação e gestão de duas configurações de sistemas
fotovoltaicos conectados à rede elétrica.
Atividade
Domicílio conectado à rede
elétrica sem bateria
Domicílio conectado à
rede elétrica com bateria
Montagem do arranjo
fotovoltaico
Arranjo exclusivo para
acoplamento em c.a.
Arranjo para acoplamento
c.a. e/ou c.c.
Instalação elétrica
Montagem do quadro elétrico.
Instalação do inversor c.c./c.a.
para conexão à rede elétrica.
Montagem do quadro
elétrico. Instalação de
controladores de carga,
baterias e inversor c.c./c.a.
para conexão à rede elétrica.
Obra civil
Montagem da estrutura de
sustentação do arranjo
fotovoltaico para o
acoplamento c.a. Construção
do quadro elétrico no padrão
da concessionária local.
Montagem das estruturas de
sustentação dos arranjos
fotovoltaicos para os
acoplamentos c.c. e c.a.
Construção do quadro
elétrico no padrão da
concessionária local.
Construção do abrigo para as
baterias.
Recursos humanos
Conhecimentos em instalações
elétricas prediais, montagem
do quadro elétrico no padrão
da concessionária e inversor
c.c./c.a. de conexão à rede
elétrica.
Conhecimentos em
instalações elétricas
prediais, montagem do
quadro elétrico no padrão da
concessionária,
parametrização de
inversores bidirecionais,
instalação de baterias,
inversores c.c./c.a. de
conexão à rede e
controladores de carga.
Dimensionamento
Considera a área disponível
para instalação dos módulos
fotovoltaicos, o consumo atual
de eletricidade do domicílio e a
quantidade de eletricidade
gerada pela energia solar
desejada pelo proprietário.
Considera a área disponível
para instalação dos módulos
fotovoltaicos, o consumo
atual de eletricidade do
domicílio, a quantidade de
eletricidade gerada pela
energia solar desejada pelo
proprietário e o período de
autonomia das baterias.
Queda de energia elétrica da
concessionária local
O domicílio também é afetado,
o sistema fotovoltaico para de
funcionar e espera o
reestabelecimento da rede
elétrica da concessionária de
energia.
O sistema fotovoltaico se
desconecta da rede elétrica e
o domicílio continua com
eletricidade a partir do
banco de baterias.
Manutenção elétrica
Troca do inversor c.c./c.a. de
conexão à rede elétrica.
Troca do inversor c.c./c.a. de
conexão à rede, inversor
bidirecional, controlador de
227
carga e baterias.
Manutenção nas instalações
Limpeza do arranjo
fotovoltaico e poda de árvores
nas suas proximidades.
Limpeza dos diferentes
arranjos fotovoltaicos, poda
de árvores e verificação do
nível de eletrólito das
baterias.
Logística de suprimentos
Infraestrutura para adquirir e
instalar inversor c.c./c.a. de
conexão à rede elétrica.
Infraestrutura para adquirir
e instalar controladores de
carga, inversores c.c./c.a. de
conexão à rede, inversores
bidirecionais e baterias.
Custo operacional
Custo de mão de obra para
poda de árvores e de água para
lavagem dos módulos.
Custo de mão de obra para
poda de árvores e de água
para lavagem dos módulos.
Custos logísticos e de
suprimentos para troca das
baterias a cada ciclo de vida.
A tabela 24 mostra uma comparação entre os diferentes tipos de
acoplamento para sistemas híbridos fotovoltaico-diesel de geração de energia.
Tabela 24: Comparação entre a instalação e gestão de duas configurações de sistemas híbridos
de geração de energia elétrica.
Atividade
Acoplamento c.a.
Acoplamento c.c.
Montagem do arranjo
fotovoltaico
Arranjo pode ser
centralizado ou distribuído
ao longo da minirrede.
Arranjo centralizado e próximo
do banco de baterias.
Instalação elétrica
Montagem dos inversores
c.c./c.a. de conexão à rede
com seus respectivos
arranjos ao longo da
minirrede.
Instalação de controladores de
carga e seus respectivos arranjos
próximos às baterias.
Obra civil
As montagens dos arranjos
fotovoltaicos para o
acoplamento c.a. podem ser
realizadas nos próprios
postes da minirrede, nos
telhados dos domicílios por
onde passa a minirrede ou
em outras estruturas
construtivas ao longo do
trajeto da rede de
distribuição de energia.
As montagens dos arranjos
fotovoltaicos para os
acoplamentos c.c. estão mais
limitadas quanto às
possibilidades de instalação,
normalmente devem ser
próximas ao abrigo das baterias,
a fim de se evitar gastos
excessivos com cabos elétricos.
Recursos humanos
Conhecimento da
distribuição espacial das
cargas ao longo da minirrede
para decidir os melhores
pontos para instalação do
Conhecimentos do valor da
tensão de carregamento das
baterias no controlador de carga
e nos demais componentes que
carregam as baterias, afim de
228
acoplamento c.a.
evitar conflitos no processo de
carga.
Dimensionamento
Considera a área disponível
para instalação dos módulos
fotovoltaicos, o consumo
atual de eletricidade do
domicílio e a quantidade de
eletricidade gerada pela
energia solar desejada pelo
proprietário.
Considera a área disponível para
instalação dos módulos
fotovoltaicos, o consumo atual de
eletricidade do domicílio, a
quantidade de eletricidade
gerada pela energia solar
desejada pelo proprietário e o
período de autonomia das
baterias.
Problemas na minirrede de
distribuição ou falha no
inversor bidirecional
Os inversores c.c./c.a. de
conexão à rede param de
funcionar e as baterias não
são carregadas.
Os controladores de carga
continuam carregando as
baterias.
Potência disponibilizada às
cargas no período diurno
Potência dos inversores
bidirecionais mais potência
do acoplamento c.a.
Potência dos inversores
bidirecionais.
Potência disponibilizada às
cargas no período noturno
Potência dos inversores
bidirecionais.
Potência dos inversores
bidirecionais.
Queda de tensão na rede de
distribuição no período
diurno
Pode ser melhorada com a
inserção de inversores
c.c./c.a. ao longo da
minirrede.
Queda de tensão na rede de
distribuição independe da
geração fotovoltaica.
Perfil noturno de consumo
de eletricidade
Eficiência de carregamento
das baterias na manhã
seguinte é determinada
pelas eficiências dos
inversores c.c./c.a. de
conexão à rede e inversores
bidirecionais.
Eficiência de carregamento das
baterias na manhã seguinte é
determinada pela eficiência dos
controladores de carga.
Perfil diurno de consumo de
eletricidade
Evita perdas no inversor
bidirecional e nas baterias. A
energia é injetada
diretamente na rede de
distribuição do sistema
híbrido, através dos
inversores c.c./c.a. de
conexão à rede.
Perdas nas baterias e no inversor
bidirecional. Antes de chegar às
cargas, a energia fotogerada
passa pelo controlador de carga,
baterias e inversores
bidirecionais.
Falha do inversor
bidirecional
O sistema para de alimentar
as cargas e de carregar as
baterias.
O sistema para de alimentar as
cargas, mas continua carregando
as baterias.
Manutenção elétrica
Troca do inversor c.c./c.a. de
conexão à rede.
Troca do controlador de carga.
Manutenção nas instalações
Limpeza dos arranjos
fotovoltaicos centrais e
distribuídos ao longo da
rede de distribuição. Poda de
Limpeza dos arranjos
fotovoltaicos centrais. Poda de
árvores para evitar tanto o
sombreamento no arranjo
229
Logística de suprimentos
árvores para evitar
sombreamento e falhas na
rede de distribuição.
fotovoltaico como as falhas na
rede de distribuição do sistema
híbrido.
Infraestrutura para adquirir
e instalar inversores c.c./c.a.
Infraestrutura para adquirir e
instalar controladores de carga.
A figura 139 mostra uma visão sistêmica das relações entre os agentes
atuantes na instalação e gestão de sistemas fotovoltaicos.
230
Figura 139: Visão sistêmica das inter-relações existentes na instalação e gestão de sistemas
fotovoltaicos.
A tabela 25 sintetiza os requisitos necessários para a instalação e gestão de
sistemas fotovoltaicos.
231
Tabela 25: Requisitos necessários para a instalação e gestão de sistemas fotovoltaicos.
Normativos
Portarias INMETRO 243/2009 e 004/2011; normas ABNT/NBR 17025, 5410, 16149, 16150 e
62116; normas regulamentadoras do MTE NR-10 e NR-35; Resoluções ANEEL 449/2011,
482/2012 e 493/2012; Resolução CONAMA 401/2008, Leis 11.445/2007 e 10.438/2002 do
Governo Federal; procedimentos de distribuição de energia elétrica da ANEEL (PRODIST); e
norma de distribuição da concessionária local.
Organização institucional
Apresentação e nivelamento dos agentes envolvidos; definição da agenda de trabalhos e da
infraestrutura de acesso para as pessoas e equipamentos ao local da instalação; verificação
documental das autorizações requeridas para os trabalhos envolvendo captação e distribuição de
água; conferência dos registros profissionais, materiais, equipamentos e procedimentos de
segurança adotados pelos prestadores de serviço; e verificação da logística de suprimento para a
instalação e gestão dos sistemas fotovoltaicos em questão.
Avaliação pré-eletrificação
Visita ao local de instalação para avaliação da topologia do terreno; estudo dos possíveis locais
para instalação dos módulos fotovoltaicos, observando a vegetação e os possíveis pontos de
sombreamento; e aplicação de questionários para levantamento dos hábitos de consumo
energético preexistentes, tais como pilhas, velas, querosene, GLP, óleo diesel, lenha, entre outros.
Também deve-se considerar a existência de instalações comunitárias como escolas, postos de
saúde, centros comunitários, igrejas, captação e tratamento de água e produção de gelo.
Avaliação do recurso hídrico
Localização do ponto de captação de água e estudo de suas características e usos; definição do
modo de captação da água; análise da necessidade de tratamento da água; e avaliação da
infraestrutura necessária para a correta disposição da água, após a utilização pelos usuários.
Projetos básico e executivo
Descrição do problema a ser resolvido; apresentação dos dados de irradiância do local e dos
consumos de água e eletricidade preexistentes; definição da configuração do sistema fotovoltaico;
teste de capacidade do poço; memória de cálculo com o dimensionamento das instalações
elétricas e hidráulicas; desenhos com as plantas elétrica, hidráulica e civil do sistema fotovoltaico;
descrição das informações de catálogo dos equipamentos selecionados; plano para prevenção dos
impactos ambientais18 causados pela iniciativa; procedimentos de instalação e comissionamento;
teste do protótipo; definição da quantidade de equipamentos sobressalentes no almoxarifado
local; e procedimentos para descarte dos materiais utilizados na iniciativa.
Recursos humanos
18 O plano para prevenção de impactos ambientais deve conter, no mínimo, os
procedimentos de segurança relacionados com o transporte do óleo diesel, no caso de sistemas
híbridos, como o veículo/embarcação usado no seu transporte e os recipientes para acondicioná-lo.
Da mesma forma, o deslocamento das baterias eletroquímicas deve estar documentado, haja vista a
presença de ácido sulfúrico (H2SO4) em seu interior. O descarte das baterias após o uso deve estar
de acordo com a resolução CONAMA 401/2008. Quando envolvendo captação e tratamento de água,
deve-se prever alguma maneira para realizar a correta disposição da água, depois que ela é
utilizada pelas pessoas, e do rejeito contendo sal, quando instalados sistemas fotovoltaicos para
dessalinização.
232
Registro profissional do responsável pela obra e dos instaladores junto ao CREA. Bem como dos
registros de treinamentos realizados nas normas regulamentadoras NR-10 e NR-35 do MTE.
Normalmente conta-se com uma equipe diversificada de profissionais, isso devido à natureza dos
trabalhos, envolvendo conhecimentos nas áreas de elétrica, hidráulica e civil. Normalmente,
também participam dessa equipe profissionais ligados às ciências humanas, tais como sociólogos
e antropólogos. Sempre que possível, é bom incluir algum agente de saúde, alguém que conheça
as áreas de maior incidência de certas doenças na região, que saiba executar procedimentos de
primeiros socorros e que saiba lidar com situações de emergência. Portanto, essa inclusão torna a
equipe, ainda, mais multidisciplinar e contribui para que a execução dos trabalhos seja feita com
maior segurança.
Recursos humanos capacitados e habilitados para uso dos materiais e ferramentas necessários à
execução da instalação e do comissionamento do sistema fotovoltaico.
O responsável local pela gestão do sistema fotovoltaico deve ser capaz de realizar as atividades
para viabilizar a logística de suprimento, definida na fase de planejamento da iniciativa. Ele
também cuida do almoxarifado local com as peças de reposição e, se não ele, sabe quem realiza e
providencia os meios para concretizar as manutenções que, eventualmente, o sistema precise.
Esse responsável, no caso de sistemas híbridos, deve ser capaz de: verificar a operacionalidade do
sistema; abastecer o gerador a diesel com combustível; efetuar plano de contingência em caso de
parada dos equipamentos; e inibir maus usos do sistema, de forma a preservar o bem comum.
Seguem algumas fotos do acervo de fotografias do LSF, constituído por
imagens que foram registradas durante as iniciativas de eletrificação em que
estiveram presentes pesquisadores desse laboratório. As imagens apresentadas
fazem alusão às etapas essenciais de projetos de eletrificação em comunidades
tradicionais, localizadas distantes das redes elétricas convencionais e que utilizam
meios próprios para obtenção de iluminação, água potável e gelo, para citar alguns
serviços demandados.
As situações exibidas nessa memória fotográfica, embora específicas para
cada tipo de sistema fotovoltaico, fazem referência às fases do processo de
planejamento e gestão dessas iniciativas de eletrificação. São úteis para
implantação de qualquer tipo de sistema fotovoltaico, seja ele para bombeamento
e tratamento de água, para produção de gelo, para eletrificação individual ou para
minirrede.
Inicia-se a apresentação por uma que mostra algumas das principais
embarcações utilizadas para transporte fluvial, o único meio disponível para o
deslocamento de milhares de pessoas que vivem na Amazônia Legal, por exemplo.
Na figura 140 aparece uma embarcação de médio porte, uma lancha com motor de
40 HP, conhecida popularmente como voadeira, e duas embarcações tradicionais,
atracadas à margem do rio. Essas embarcações tradicionais, chamadas rabetas,
233
podem ser movidas a remo ou com motores de pequeno porte, menores que 10 HP,
movidos à gasolina.
Figura 140: Planejamento de projetos – embarcações para logística de transporte.
É na fase de planejamento que se deve definir a logística de transporte, das
pessoas e dos materiais, requerida para efetivar a iniciativa de eletrificação. A
escolha pelo tipo de embarcação a ser utilizada implica custos muito distintos. O
autor desta tese, em sua dissertação de mestrado, realizou medições de tempo e
combustível para os mesmos trechos percorridos pelos três tipos de embarcação
mostrados na foto anterior. Os resultados revelam que os custos de deslocamento,
no caso estudado, são 1.060 reais, 585 reais e 65 reais, para o barco de médio
porte, voadeira e rabeta, respectivamente. Já o tempo para percorrer os mesmos
trechos, somando-se a ida e a volta, é de: 14 horas, 5 horas e 16 horas, para o barco
de médio porte, voadeira e rabeta, respectivamente.
Uma vez definida a logística de transporte, parte-se rumo à comunidade a ser
eletrificada com sistemas fotovoltaicos. A prática recomenda que sejam contatadas
inicialmente as lideranças locais, como líderes religiosos, presidentes de
associações coletivas, responsáveis pelos sistemas elétricos preexistentes, agentes
de saúde, pessoas mais antigas na comunidade; enfim, pessoas que tenham alguma
representatividade, para iniciar as interações entre a equipe de implantação e a
comunidade.
234
Por intermédio dessas lideranças, sugere-se uma reunião de nivelamento
com todos os moradores interessados e a equipe de implementação para explicar
os benefícios e as limitações do projeto, com os principais questionamentos e
explicações registrados em ata, para imprimir um caráter oficial na missão e para
usá-la em argumentações futuras com a comunidade. A figura 141 mostra um
desses momentos coletivos, uma reunião no centro comunitário com todos os
moradores e a equipe, em uma conversa de nivelamento. Na pauta: energia solar,
perspectivas, direitos e deveres.
Figura 141: Planejamento de projetos – reunião para apresentação da proposta.
Quando se pretende transferir uma tecnologia para os moradores de uma
comunidade, há que se verificar quais são as relações entre a população e os
recursos energéticos preexistentes. Isso, à primeira vista, pode configurar como
interferência excessiva, pois exige a entrada na casa das pessoas para
questionamentos a respeito de suas rotinas, seus hábitos. Mas, quando bem
conduzido, preocupando-se em pedir permissões para acessar o domicílio e para
realizar a entrevista, aporta informações úteis ao processo de eletrificação.
Conhecer os hábitos de consumo dos energéticos usados para iluminação,
por exemplo, ajuda a estimar qual a demanda energética ideal para atender
determinado domicílio. A primeira foto da figura 142 mostra um pesquisador e um
235
morador conversando sobre hábitos de consumo, a outra mostra o morador com
suas lamparinas artesanais com querosene, usadas para iluminação do domicílio
mais de um século após a invenção da lâmpada elétrica.
Figura 142: Planejamento de projetos – verificação da situação pré-eletrificação.
Um dos resultados quantificáveis dessa pesquisa sobre hábitos de consumo é
o conhecimento dos gastos com energéticos preexistentes. As quantias gastas
servem para prever quanto seria um valor razoável, necessário para viabilizar um
fundo de operação e manutenção do sistema fotovoltaico a ser instalado. A figura
143 mostra um exemplo do gasto com energéticos de um domicílio. Nesse caso, as
pessoas não usam querosene e sim velas e pilhas para iluminação.
Figura 143: Planejamento de projetos – gastos com energéticos preexistentes.
236
Além dos gastos para aquisição dos referidos recursos energéticos, o
planejamento deve considerar outros custos, como os envolvidos na compra de
gelo, para citar outra despesa. A tabela 26 mostra os resultados de uma pesquisa
que exemplifica os esforços envolvidos para compra de gelo em uma comunidade,
relativamente próxima de um centro urbano, porém sem eletricidade que permita
o funcionamento contínuo de frízeres, necessários para fabricação de gelo.
Tabela 26: Planejamento de projetos – esforços envolvidos para aquisição de gelo.
Item
Descrição
Embarcação
Voadeira com motor de 15 HP.
Combustível
12 litros de gasolina para ir e voltar da
comunidade até o município mais próximo.
Tempo
Varia de 3 a 4 horas, dependendo da época do
ano, para ir e voltar.
Peixe
Pesca de 40 a 60 kg por semana.
Gelo
Necessita de 11 barras de gelo a cada 5 dias.
Cada barra de gelo custa R$ 2 (dois reais).
Modo de acondicionamento do gelo
Caixas de isopor com capacidade de 60 litros.
Duração do gelo dentro da caixa de isopor
Depende da dinâmica de abertura e fechamento
da caixa de isopor. Com poucas aberturas, o
morador informou que a condição fria
permanece por até 5 dias.
Outros custos e riscos
Depreciação da embarcação, óleo lubrificante
para o motor da embarcação, contratempos,
riscos de acidentes, etc.
Uma etapa fundamental no planejamento da iniciativa de eletrificação
fotovoltaica refere-se ao dimensionamento. Com a intenção de facilitar esta tarefa,
a ANEEL, por meio da resolução 493/2012, definiu algumas classes de
atendimento, que representam consumos padronizados por Unidade Consumidora
(UC), válidos em todo território nacional, como detalha a tabela 27. É com base
nessa tabela que todo SIGFI ou MIGDI deve ser dimensionado, caso queira-se
contabilizá-lo nas metas de universalização de energia elétrica, fiscalizadas pela
ANEEL.
237
Tabela 27: Valores de referência estabelecidos pela resolução ANEEL 493/2012 para SIGFI e
MIGDI.
Disponibilidade
mensal garantida
Consumo de
Referência
Autonomia
mínima
Potência
mínima
Continuidade do serviço
de energia elétrica
(kWh/mês/UC)
(Wh/dia/UC)
(horas)
(W/UC)
(horas)
13
435
250
20
670
250
30
1.000
45
1.500
700
60
2.000
1.000
80
2.650
1.250
DIC mensal = 216 horas
48
500
DIC anual = 648 horas
Com as informações coletadas sobre os hábitos de consumo energético, podese, então, determinar qual classe de operação atende às expectativas do domicílio
pesquisado. Uma vez definida essa classe e a sua configuração, SIGFI ou MIGDI,
deve-se dimensionar o sistema de modo que ele satisfaça os requisitos
estabelecidos pela ANEEL, atentando à autonomia mínima de dois dias do banco de
baterias, à potência elétrica que o morador terá a seu dispor e à continuidade do
serviço ofertado.
De posse da configuração e das características do sistema fotovoltaico a ser
implementado, é hora de instalá-lo. Nesse momento, no qual o sistema idealizado
deve sair do papel para se tornar realidade, deve-se direcionar atenção à
documentação do sistema energético. Nesse sentido, a elaboração de todos os
diagramas elétricos da instalação, além de ser uma exigência da norma NBR 5410,
ajuda os instaladores a executarem o que foi planejado.
Com a intenção de exemplificar o que foi dito, as três figuras19 a seguir
apresentam diagramas que compõem o prontuário elétrico de um sistema híbrido.
Na primeira delas, de número 144, constam os circuitos que operam em c.c. e em
c.a., os quadros elétricos e o gerador a diesel.
As figuras 144, 145 e 146 fazem parte do projeto básico desenvolvido pela equipe do
Grupo de Energia da Escola Politécnica (GEPEA-USP) em parceria com o Laboratório de Sistemas
Fotovoltaicos do IEE-USP, no âmbito do projeto P&D ANEEL PD-2331-0021-2011, coordenado pela
professora Eliane Fadigas do GEPEA-USP. Nesse projeto estão previstas a eletrificação de quatro
comunidades localizadas no Estado do Amapá por meio de sistemas híbridos.
19
238
Figura 144: Planejamento de projetos – diagrama elétrico geral.
A figura 145 mostra uma representação da vista superior da rede de
distribuição do sistema híbrido apresentado na figura 144. Observa-se que a
minirrede foi dividida em circuitos, como acontece em um sistema elétrico
convencional.
Figura 145: Planejamento de projetos – diagrama elétrico da rede de distribuição.
239
A figura 146 torna visível alguns detalhes da área de geração fotovoltaica
dessa minirrede, com as especificações das valas que devem ser escavadas para
colocação dos eletrodutos de energia e de sinal e a indicação do ponto cardeal
Norte, fundamental para posicionamento dos módulos fotovoltaicos.
Figura 146: Planejamento de projetos – diagrama elétrico da área de geração.
A etapa de planejamento também deve prever a coleta e controle das
informações sobre o consumo mensal de eletricidade de cada domicílio. Conhecer
esses perfis de consumo auxilia nas tomadas de decisão sobre a operação e gestão
do sistema fotovoltaico em questão.
Com todos os requerimentos da fase de planejamento resolvidos, parte-se
para a instalação propriamente dita.
3.4.2
Instalação e manutenção de sistemas
Os altos custos de geração, aliados à falta de normas e procedimentos
padronizados de instalação, deixavam os energéticos não convencionais em
posição desprivilegiada em relação aos já consolidados. Com esse contexto se
240
modificando, caso ocorra o aparecimento de um novo paradigma de geração
elétrica determinado pela progressiva utilização dessas novas tecnologias, é
natural o surgimento de resistências por parte das empresas concessionárias,
acostumadas a operar segundo regras estabelecidas no paradigma anterior.
A utilização das novas tecnologias demandará novos procedimentos e
diferentes formas de se planejar o setor. Essa resistência inicial foi identificada em
outros países como uma grande barreira à entrada dessas novas tecnologias. Não
obstante, essa barreira poderá ser suplantada ou pelo menos amenizada caso
sejam estabelecidos procedimentos claros para a conexão dos sistemas, normas
técnicas que garantam a segurança e a qualidade da energia e, principalmente,
orientações claras para que o setor inclua essas opções em seu planejamento.
A partir desse momento, são apresentados os procedimentos iniciais
necessários para aquisição, instalação e operação de sistemas fotovoltaicos. Neles,
constam as normas de segurança e as normas que averiguam a qualidade da
energia gerada. O seu cumprimento é condição essencial para a oficialização desses
sistemas energéticos perante a ANEEL.
No que se refere à instalação, é importante que todas as normas e
recomendações existentes para sistemas que operam em baixa tensão sejam
cumpridas. As instalações elétricas para aplicações fotovoltaicas são regidas pela
Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), por meio de normas específicas
e da NBR 5410, que trata das instalações elétricas de baixa tensão. Essa norma
estabelece as condições a serem satisfeitas pelas instalações elétricas alimentadas
sob uma tensão nominal igual ou inferior a 1.000 V em c.a. ou inferior a 1.500 V em
c.c., a fim de garantir a segurança de pessoas e animais, o funcionamento adequado
da instalação e a conservação dos bens.
A aplicação da NBR 5410 nas instalações residenciais é considerada a partir
do ponto definido como origem da instalação. Nas instalações alimentadas por
fontes próprias de energia em baixa tensão, como é o caso dos SFDs, a origem é
considerada de forma a incluir a fonte, portanto toda a instalação do SFD está
contida na NBR 5410.
Os componentes e materiais da instalação devem satisfazer as normas
brasileiras que lhes sejam aplicáveis e, na falta dessas, as normas IEC e ISO. Além
241
disso, esses componentes e materiais devem ser adequados às condições de
serviço da instalação, observando os valores de tensão, corrente, frequência e
potência a que serão submetidos e também verificando a compatibilidade
eletromagnética com o ambiente a sua volta.
Com relação às exigências da norma NBR 5410 relativas à documentação do
projeto de instalação elétrica, esta deve conter plantas, esquemas, detalhes da
montagem, memorial descritivo e especificação dos componentes. Nas plantas
devem constar a localização dos quadros de distribuição, os percursos e
características das linhas elétricas e a localização dos pontos de luz e das tomadas
de corrente.
A instalação e a manutenção de sistemas fotovoltaicos também devem se
pautar nos requisitos estabelecidos pelas Normas Regulamentadoras NR-10 e NR35, de responsabilidade do Ministério do Trabalho e Emprego (MTE), que trata da
segurança em instalações e serviços em eletricidade e dos trabalhos realizados em
altura superior a 2 metros do nível do solo, respectivamente.
É importante destacar que todos os requerimentos apresentados nesta seção
são essenciais para garantir a qualidade e a durabilidade das instalações
fotovoltaicas, assim como a segurança das pessoas. O compromisso com a
conformidade técnica das instalações e com a integridade das pessoas deve ser
respeitado, garantindo a execução dos trabalhos com a seriedade e o
profissionalismo que esta atividade requer.
A seguir, apresentam-se algumas fotos que ilustram situações do cotidiano
profissional de instaladores e responsáveis pela manutenção de sistemas
fotovoltaicos. Elas também fazem parte do acervo fotográfico da Unidade de
Capacitação Tecnológica do LSF-IEE-USP.
A figura 147 mostra a localização de uma região onde foram implementados
projetos variados de eletrificação por energia solar, alguns para bombeamento de
água, outros para prover radiofonia a comunidades longínquas, permitindo que
elas se comuniquem à distância. Esses projetos também contaram com a
participação de pesquisadores do LSF.
242
Figura 147: Instalação de sistemas – mapa do Alto Solimões.
Na figura 148 aparecem pessoas conferindo materiais e discutindo questões
concernentes ao início dos trabalhos de instalação de um sistema de bombeamento
de água. É importante atentar a que tipo de embarcação usar para transportar as
tubulações e caixas de água, módulos fotovoltaicos e demais componentes do
sistema a ser instalado.
Figura 148: Instalação de sistemas – conferência dos materiais.
A figura 149 mostra um quadro elétrico para bombeamento de água sendo
instalado para compor o sistema fotovoltaico. A composição em forma de palafita e
poste foi escolhida por se tratar de uma região de várzea, onde existe um ciclo
anual de cheias e vazantes nos rios e igarapés, bem típico em toda Região
Amazônica.
243
Figura 149: Instalação de bombeamento – vala, canos, quadro elétrico e módulos fotovoltaicos.
Na figura 150 pode ser visualizado um sistema fotovoltaico instalado em área
inundável, em uma comunidade situada na região mostrada no mapa precedente.
244
Figura 150: Instalação de bombeamento – vista de um sistema no Alto Rio Solimões.
Os trabalhos finais de instalação de um sistema fotovoltaico para
bombeamento de água estão sendo mostrados na figura 151. Nota-se o conjunto
completo: módulos fotovoltaicos fixados no poste, caixas de água sobre a estrutura
de sustentação, tubulação de água enterrada e motobomba no poço.
Figura 151: Instalação de bombeamento – boca do poço, módulos fotovoltaicos e caixas de água.
245
A figura 152 mostra dois recipientes, o da esquerda contém água obtida pelo
sistema fotovoltaico de bombeamento e tratamento por filtração recém instalado,
o outro ilustra a qualidade da água consumida pelos moradores diretamente do
igarapé, antes de existir o sistema energético solar. A diferença na coloração das
águas exemplifica um benefício aportado pelo uso da energia solar na comunidade
em questão.
Figura 152: Instalação de bombeamento – água limpa obtida com sistema fotovoltaico e suja
utilizada antes da instalação do sistema.
Na mesma região, Alto Rio Solimões, foram instalados sistemas de
telecomunicação para comunidades distantes do entorno urbano. A figura 153
mostra comunitários ajudando a segurar uma escada, para que a instalação do
gerador fotovoltaico fosse concluída.
246
Figura 153: Instalação de sistema fotovoltaico para radiofonia – poste com módulos
fotovoltaicos.
A montagem das antenas para telecomunicação nos postes e os esforços para
levantá-los aparecem nas fotos da figura 154.
Figura 154: Instalação de radiofonia – instalação de antenas e fixação de postes.
247
As fotos da figura 155 mostram algumas antenas instaladas nessa iniciativa,
ao lado esquerdo, e um comunitário se comunicando com um vizinho localizado a
quilômetros de distância, na foto da direita, por meio do sistema de radiofonia
recém instalado no centro comunitário desta localidade.
Figura 155: Instalação de radiofonia – antenas e aparelho de rádio.
As próximas fotografias mostram outra iniciativa de implantação de sistemas
fotovoltaicos, desta vez de sistemas individuais, instalados em cada um dos cinco
domicílios da comunidade de Varadouro, localizada na Ilha do Cardoso, litoral Sul
do Estado de São Paulo, cujo mapa de acesso é mostrado na figura 156.
248
Figura 156: Instalação de sistemas – mapa da Ilha do Cardoso.
Recomenda-se,
na
ocasião
das
primeiras
visitas
ao
local,
o
georeferenciamento do trajeto e da localidade a ser atendida. As fotos da figura
157 mostram, na esquerda, um painel com instrumentos de navegação de uma
embarcação e, na direita, pesquisadores atracando uma voadeira à margem de um
canal marítimo, perto da trilha que dá acesso à comunidade. Nota-se, na foto da
direita, ao fundo, a paisagem do lugar, com as montanhas e a vegetação típica da
mata atlântica.
249
Figura 157: Instalação de sistemas – transporte marítimo.
O deslocamento terrestre nesse cenário exige uma caminhada de 6
quilômetros pela trilha, composta por pontes estreitas e trechos esburacados, para
transportar os materiais necessários à instalação dos sistemas. Nas fotos da figura
158 aparecem comunitários e pesquisadores transportando, pelas trilhas de
acesso à comunidade, os materiais para a instalação dos sistemas fotovoltaicos
individuais.
Figura 158: Instalação de sistemas – comunitários e equipe transportando materiais.
Nesse projeto, optou-se por instalar o gerador fotovoltaico em um poste de
madeira. Para que isso se concretize, é preciso montar uma estrutura de
sustentação para os módulos fotovoltaicos e depois posicioná-los no poste. As fotos
250
da figura 159 mostram os trabalhos de montagem dessa estrutura de sustentação,
composta por uma barra e duas longarinas de Alumínio.
Figura 159: Instalação de sistemas – preparação da estrutura de fixação dos módulos
fotovoltaicos.
Os trabalhos para realizar as conexões elétricas (que associam os módulos
para formar um arranjo fotovoltaico) e para fixar o gerador fotovoltaico no poste
aparecem nas fotos da figura 160, esquerda e direita, respectivamente.
Figura 160: Instalação de sistemas – conexão elétrica entre os módulos fotovoltaicos e
preparação do poste para sustentação do arranjo fotovoltaico.
O ajuste da direção e da inclinação do gerador fotovoltaico é mostrado nas
fotos da figura 161. Na foto da direita, aparece o inclinômetro, para verificar o
ângulo de inclinação do arranjo fotovoltaico. Embora muito útil, essa ferramenta
251
pode ser substituída pelo desenho de triângulos, obtendo-se de forma simples, por
meio de fórmulas de geometria plana, as distâncias envolvidas para o
posicionamento desta superfície plana em um poste.
Figura 161: Instalação de sistemas – posicionamento e inclinação do arranjo fotovoltaico.
A figura 162 mostra as baterias eletroquímicas, do tipo gel, sendo preparadas
para instalação. Nota-se algumas ferramentas para a execução dessa atividade.
Figura 162: Instalação de sistemas – baterias.
252
O quadro elétrico do sistema fotovoltaico domiciliar, contendo os disjuntores,
controlador de carga e descarga, inversor c.c./c.a para aplicação isolada, medidor
de Ah e interruptor DR é apresentado na figura 163.
Figura 163: Instalação de sistemas – quadro elétrico no interior de um domicílio.
A figura 164 apresenta um domicílio da tradicional comunidade do
Varadouro, com seu sistema solar próprio de geração de eletricidade.
253
Figura 164: Instalação de sistemas – residência eletrificada com energia solar.
Lâmpada, ventilador, rádio, televisor e receptor para antena parabólica, como
os mostrados na figura 165, são alguns dos eletrodomésticos adquiridos pelas
famílias após a instalação dos sistemas fotovoltaicos que permitiram acesso à
eletricidade.
Figura 165: Instalação de sistemas – equipamentos de uso final de energia.
254
O trabalho conjunto entre os pesquisadores do LSF e a comunidade do
Varadouro começou em 1998. Desde então, foram sendo implementados projetos
variados com o uso da energia solar, sobretudo para uso comunitário. As fotos da
figura 166 mostram, da esquerda para direita e de cima para baixo, a escola com
um sistema de bombeamento de água e radiofonia, uma vista em detalhes da
antena de radiofonia instalada em uma torre do lado da escola, a lavanderia e a
igreja.
Figura 166: Instalação de sistemas - sistemas fotovoltaicos para uso comunitário na
comunidade de Varadouro.
A foto da esquerda na figura 167 mostra uma vista onde aparecem as caixas
de água, os tanques e o abrigo para bomba de superfície da lavanderia. A da direita
ilustra que tipo de melhoramento um sistema fotovoltaico é capaz de proporcionar
na vida de uma pessoa. Nesse exemplo, uma senhora, que antes precisava se
deslocar na companhia dos filhos pequenos até a beira de um riacho para lavar as
roupas e louças da família, agora pode desempenhar as mesmas atividades em um
255
lugar coberto. Futuramente, essa senhora pode se beneficiar de uma lavanderia
mais moderna, com máquinas de lavar movidas à eletricidade; por enquanto, essa
simples, porém funcional lavanderia, foi o que a equipe do LSF pôde concretizar.
Figura 167: Instalação de sistemas – detalhes da lavanderia fotovoltaica de Varadouro.
Essa seção, como já explicado, procura apresentar conhecimentos
necessários para que instaladores de sistemas fotovoltaicos possam atuar de
maneira satisfatória no exercício de sua profissão. Para tanto, optou-se utilizar
fotos como recurso visual, tornando visíveis algumas situações que ocorrem
quando se instalam diferentes tipos desses sistemas. Nesse sentido, são mostradas
algumas fotos registradas em Ilha Solteira, onde foram montados dois seguidores
solares do LSF-IEE-USP. A figura 168 mostra um caminhão com guindaste içando
um poste de sustentação de um dos seguidores solares.
256
Figura 168: Instalação de sistemas – seguidor solar.
Na figura 169 aparecem dois técnicos alinhando um poste: um dos técnicos
utiliza um nível para verificar o alinhamento e o outro ajusta as porcas dos
parafusos.
Figura 169: Instalação de seguidor solar – posicionamento do poste de sustentação do arranjo
fotovoltaico.
257
A figura 170 mostra os arranjos fotovoltaicos prontos para serem içados pelo
guindaste e fixados no poste já instalado.
Figura 170: Instalação de seguidor solar – arranjos de módulos fotovoltaicos e de módulos de
concentração.
A figura 171 mostra um dos arranjos fotovoltaicos que usam lente para
concentração da radiação solar sendo instalado na sua estrutura de suporte. Ao
lado do caminhão podem ser vistas as outras partes que compõem esse seguidor
do Sol.
Figura 171: Instalação de seguidor solar – posicionamento de um arranjo de módulos fotovoltaicos de
concentração.
258
Na figura 172 aparecem profissionais realizando uma soldagem na estrutura
de sustentação do seguidor solar com concentração. Ressalta-se que, em
empreendimento como esse, a equipe de implementação deve possuir uma lista de
empresas que estejam localizadas próximas à instalação, capazes de operar
caminhões, guindastes, máquinas para serralheria, entre outros, com a finalidade
de evitar a paralisação dos trabalhos em campo.
Figura 172: Instalação de seguidor solar – soldagem de partes da estrutura de sustentação.
A figura 173 mostra os dois seguidores solares montados. O seguidor da
esquerda é formado por módulos fotovoltaicos monocristalinos e o da direita é
composto por módulos fotovoltaicos com concentração.
Figura 173: Instalação de seguidor solar – vista dos sistemas completos.
259
As imagens seguintes são da Unidade de Capacitação Tecnológica do LSF, no
campus da USP, que ilustram fases importantes da instalação do campo de provas
para ensaios de operacionalidade em sistemas fotovoltaicos conectados à rede. A
figura 174 mostra os preparativos para instalação da central fotovoltaica de 150
kWp montada sobre o terreno. Nota-se a presença de um trator com pá
carregadeira para auxiliar no transporte das caixas que pesam 400 kg, nas quais
estão acondicionados os módulos fotovoltaicos.
Figura 174: Instalação de central fotovoltaica – transporte dos materiais.
Na figura 175 aparecem as bases de concreto nas quais são aparafusadas as
estruturas para fixação dos módulos fotovoltaicos.
Figura 175: Instalação de central fotovoltaica – bases de concreto e estruturas de fixação.
260
A figura 176 mostra a montagem dos geradores fotovoltaicos, formados pela
associação de módulos fotovoltaicos devidamente interconectados.
Figura 176: Instalação de central fotovoltaica – montagem dos módulos fotovoltaicos.
A figura 177 mostra a montagem do sistema fotovoltaico conectado à rede
elétrica localizado sobre o prédio de administração do IEE-USP. Observa-se que as
estruturas para sustentação dos módulos fotovoltaicos foram postas acima das
telhas, sem a necessidade de remoção do telhado. As bases nas quais se apóiam as
estruturas foram concretadas na laje existente embaixo das telhas. É importante
mencionar que o trabalho de montagem de um sistema como esse é feito passo a
passo, módulo por módulo, parafuso por parafuso, conexão por conexão, por isso a
importância de tudo estar planejado e documentado.
Figura 177: Instalação de sistemas sobre telhado – montagem das estruturas.
261
Para tornar visível outra forma de integrar módulos fotovoltaicos ao
ambiente construído, aproveitando áreas já existentes para gerar eletricidade sem
ocupar um espaço exclusivo, como é o caso de um estacionamento para veículos
existente no IEE, mostra-se a figura 178. Destaca-se a presença de um andaime que
auxilia nas atividades de fixação do arranjo fotovoltaico na estrutura de Alumínio.
Em muitas circunstâncias, em razão das dimensões dos módulos fotovoltaicos,
exige-se a presença de duas pessoas em uma altura superior a dois metros; nessa
situação, o trabalho com escadas torna-se mais perigoso e menos eficiente. Para
que a montagem seja realizada em concordância com as exigências do Ministério
do Trabalho e Emprego, deve-se estar atento aos procedimentos de segurança
prescritos na norma NR-35, por isso é importante prever, ainda na fase de
planejamento da iniciativa, a necessidade de andaimes durante as montagens do
sistema fotovoltaico.
Figura 178: Instalação de sistema fotovoltaico para sombreamento de veículos.
As instalações elétricas dos sistemas fotovoltaicos devem ser submetidas a
uma verificação final antes de entregues ao uso. Essa verificação final consiste em
um conjunto de procedimentos realizados durante ou após a conclusão dos
trabalhos, com o objetivo de verificar sua conformidade com as prescrições da NBR
5410. Esses ensaios são realizados depois de uma inspeção visual na instalação e
262
devem verificar a continuidade dos condutores de proteção, a resistência de
isolamento da instalação e o funcionamento das medidas de proteção.
A esse conjunto de testes que verificam se a instalação está segura e dentro
das normas dá-se o nome de comissionamento. Fazendo referência a algumas das
principais situações encontradas, quando da realização desses testes que verificam
se uma instalação elétrica pode ou não ser liberada para o uso de pessoas, são
mostradas as quatro fotografias a seguir.
Na primeira foto, mostrada na figura 179, aparece um dos quadros elétricos
de distribuição da minirrede do LSF. Essa figura faz alusão à documentação da
instalação, essencial para a realização do comissionamento. Nessa documentação
devem constar: a memória de cálculo20 e as plantas elétricas dos circuitos; a
ligação do disjuntor geral, do interruptor DR e dos circuitos secundários; o
esquema de ligação dos DPS; a espessura da barra de cobre do barramento de
distribuição; a localização das barras de equipotencialização e da haste de
aterramento; a bitola e a tensão de isolamento dos cabos elétricos; o código de
cores21 desses cabos; ocupação dos eletrodutos22; e os pontos de entrega de
energia oriundos desse quadro23.
20 A memória de cálculo da instalação deve apresentar a potência de cada circuito com a
indicação da corrente de cada disjuntor, além da metodologia usada para dimensionamento dos
cabos elétricos, a qual considera o fator de agrupamento, constantes térmicas e tipo da instalação.
21 A norma NBR 5410 reserva a cor azul para o condutor neutro. Para o condutor terra devese usar a cor verde ou verde-amarelo.
22 Um eletroduto não pode ser preenchido completamente por cabos, a ocupação máxima
que se deve respeitar é o equivalente a ¾ de sua seção transversal, para permitir a troca de calor
entre os cabos elétricos em seu interior e o ambiente externo.
23 No caso de um quadro elétrico de distribuição, os pontos de entrega de energia são as
tomadas e os pontos de iluminação.
263
Figura 179: Comissionamento de sistemas fotovoltaicos - quadro elétrico de distribuição.
O comissionamento também determina que sejam realizadas medições
elétricas na instalação, além da verificação documental que comprova sua
adequação ao projeto. Essas medições averiguam se os níveis de tensão, corrente,
frequência, resistência de aterramento e continuidade dos condutores de proteção
da instalação estão coerentes com o idealizado. A figura 180 mostra algumas
dessas medições sendo realizadas no SIGFI13 do LSF. Mede-se antes e depois dos
disjuntores, diretamente nos terminais dos equipamentos de condicionamento de
potência, nas caixas de junção dos módulos fotovoltaicos, enfim, avaliam-se as
variáveis elétricas mais relevantes nos principais pontos da instalação. Os valores
encontrados devem ser documentados e anexados ao seu prontuário elétrico.
264
Figura 180: Comissionamento de sistemas fotovoltaicos – medições em sistemas domiciliares.
A
figura
181
apresenta
fotografias
que
ilustram
atividades
de
comissionamento sendo realizados em outros sistemas fotovoltaicos. A primeira
delas, no canto superior esquerdo, mostra uma medição de corrente24 em um dos
quadros de acoplamento c.c. da minirrede do LSF. Ao seu lado, aparece uma
verificação da tensão de saída no quadro elétrico com conversor de frequência da
máquina de gelo do LSF. As outras fotos exibem situações nas quais são verificadas
a tensão no quadro de entrada e no de acoplamento c.a. da minirrede do LSF.
Nos testes de comissionamento também é útil o uso de uma câmera
termográfica25 para verificação de pontos quentes no sistema fotovoltaico. Por
A medição da corrente elétrica é bastante facilitada quando se usa um alicate
amperímetro, o que evita a necessidade da abertura do circuito para inclusão de um amperímetro
em série com ele. Às vezes, porém, incluir um amperímetro em série com o circuito é impraticável.
25 Uma câmera termográfica é um equipamento que consegue captar a radiação
infravermelha que é emitida por qualquer tipo de objeto, o que permite determinar sua
24
265
isso, é importante visualizar termicamente todos os componentes de um sistema
fotovoltaico, sem exceção: módulos fotovoltaicos, controladores, inversores,
baterias, gerador a diesel, disjuntores, DPS, medidores, cabos, entre outros.
Figura 181: Comissionamento de sistemas fotovoltaicos – medições em conversores de
frequência e em sistemas híbridos.
A figura 182 mostra a medição simultânea de corrente e tensão no banco de
baterias do sistema híbrido do LSF. O comissionamento do banco de baterias
também verifica: a ventilação do abrigo das baterias26; a quantidade e a densidade
do eletrólito27 e a tensão em cada bateria; a corrente e a tensão do banco de
baterias; a temperatura externa de uma bateria e a temperatura ambiente do
abrigo; e a proteção com vaselina dos terminais da bateria.
temperatura sem nenhum método intrusivo, apenas direcionando a câmera para o equipamento
sob teste. Essa verificação da condição térmica dos equipamentos permite avaliar se as medidas
tomadas para prevenção de sobreaquecimento estão funcionando adequadamente, como as
aberturas para ventilação e os dissipadores para troca de calor.
26 O processo de carga de uma bateria eletroquímica produz gás Hidrogênio, que acima de
certas concentrações torna-se explosivo. Para evitar incêndios é fundamental que o abrigo para as
baterias seja ventilado. O manual da bateria deve informar qual é o volume de Hidrogênio gerado
quando ela é carregada por uma determinada corrente elétrica.
27 O fabricante da bateria, normalmente, disponibiliza meios visuais para verificação do nível
máximo e mínimo do eletrólito no interior de uma bateria. Já a densidade do eletrólito deve ser
medida com um aparelho chamado densímetro.
266
Figura 182: Comissionamento de sistemas fotovoltaicos – medições em banco de baterias.
O título desta seção sugere que, além de expor argumentos que reafirmem a
importância da execução dos trabalhos de instalação observando as normatizações
técnicas e legais vigentes, deve-se também apresentar elementos que elucidem
situações relacionadas à manutenção dos sistemas fotovoltaicos.
A NBR 5410 estabelece que a manutenção das instalações deve ser feita com
periodicidade adequada a cada tipo de instalação, levando em consideração a
complexidade do sistema, a importância do serviço e o grau de influências
externas. Assim, quanto maior a quantidade e diversidade de equipamentos, maior
deve ser a frequência da manutenção.
Em relação à competência das pessoas que podem realizar essas
manutenções, a NBR 5410 determina que toda instalação elétrica deve ser
verificada ou sofrer intervenções somente por pessoas advertidas ou qualificadas.
267
Pessoas advertidas são aquelas suficientemente informadas ou supervisionadas
por pessoas qualificadas. Já as pessoas qualificadas são aquelas que têm
conhecimentos técnicos ou experiência suficiente para evitar os perigos que a
eletricidade pode apresentar.
A manutenção em sistema fotovoltaico, qualquer um deles, ocorre na prática
em duas situações. A primeira, chamada manutenção preventiva, quando uma
pessoa realiza uma intervenção de rotina no sistema, uma ação programada, como,
por exemplo, a limpeza dos módulos fotovoltaicos e a poda de árvores para evitar
sombreamentos. A outra se refere à correção de alguma avaria, de algo que não
estava previsto, uma situação que causa a parada do sistema fotovoltaico, que
exige uma manutenção corretiva. Quebra de algum módulo fotovoltaico, dano
irreversível no inversor c.c./c.a. e baterias eletroquímicas com a capacidade
esgotada são alguns motivos que exigem uma manutenção corretiva para que o
sistema volte a operar normalmente.
É sobre a realização de manutenção em sistemas fotovoltaicos que tratam as
fotos seguintes, expostas em forma de memória fotográfica de um prontuário
elétrico. As fotos da figura 183 mostram duas atividades de manutenção
preventiva, ambas realizadas em sistemas fotovoltaicos domiciliares instalados
pelo LSF em uma comunidade ribeirinha na Amazônia. Na esquerda, a limpeza de
um gerador fotovoltaico e na direita a limpeza de um abrigo para baterias. Nota-se
a presença de duas pessoas na atividade de limpeza dos módulos, uma que limpa e
outra que segura a escada para evitar quedas.
268
Figura 183: Manutenção de sistemas domiciliares – limpeza de módulos fotovoltaicos e do
abrigo para baterias.
Na figura 184 aparecem duas fotos que ilustram situações de manutenção
preventiva sendo realizadas em sistemas fotovoltaicos domiciliares instalados pelo
LSF em uma comunidade quilombola na Ilha do Cardoso, Estado de São Paulo. A
foto da esquerda mostra um morador limpando seu gerador fotovoltaico e a outra
mostra a colocação de vaselina nos terminais das baterias, para protegê-las contra
oxidação.
Figura 184: Manutenção de sistemas domiciliares – limpeza de módulos fotovoltaicos e colocação de
vaselina nos bornes das baterias.
269
A figura 185 mostra uma manutenção preventiva sendo realizada em um
sistema fotovoltaico conectado à rede do LSF, no caso a lavagem de um seguidor
solar de dois eixos com módulo de concentração. Devido à dimensão do sistema,
optou-se pelo uso de uma plataforma elevatória acionada por mecanismos
pneumáticos. O uso de andaimes e escadas nessa situação torna os trabalhos
menos eficientes, porém realizáveis.
Figura 185: Manutenção de sistemas conectados à rede elétrica – lavagem dos módulos fotovoltaicos
de concentração.
270
A figura 186 mostra uma ocasião na qual está sendo executada uma
manutenção corretiva em um sistema fotovoltaico domiciliar de uma comunidade.
Nessa foto aparece um técnico local, treinado pelo LSF, realizando a troca de um
controlador de carga avariado. É importante mencionar que no almoxarifado dessa
comunidade existem peças de reposição e o técnico local foi capacitado para
conseguir realizar as substituições quando necessário. Depois, o material avariado
é recolhido pela equipe do LSF para conserto.
Figura 186: Manutenção de sistemas domiciliares – substituição do controlador de carga e descarga.
A figura 187 mostra uma ocasião onde um técnico local recebe treinamento
para realizar uma manutenção corretiva em um sistema fotovoltaico para
bombeamento de água, instalado pelo LSF em uma comunidade indígena Ticuna no
Alto Rio Solimões. Nesse caso, a bóia que verifica o nível da caixa de água se
danificou e o sistema parou de bombear água. Após o reparo da bóia, realizou-se a
limpeza da caixa de água antes de colocar o sistema para funcionar novamente.
271
Figura 187: Manutenção de sistemas para bombeamento de água – reparo de boia.
A instalação de sistemas fotovoltaicos requer conhecimentos nas áreas de
elétrica, hidráulica e civil, além dos específicos em energia solar fotovoltaica. Isto
devido à existência de elementos construtivos e tubulações para a passagem de
água.
As atividades relacionadas com a instalação dos equipamentos fotovoltaicos
envolvem tarefas como, por exemplo, o correto posicionamento e interconexão de
módulos fotovoltaicos, interligações de baterias, parametrizações de conversores
de frequência e inversores bidirecionais e comissionamento do sistema
fotovoltaico.
As obras civis necessárias para operacionalidade do sistema envolvem
questões como: perfuração de poço de água; construções de abrigos para quadros
elétricos e baterias; montagem de estruturas para sustentação de caixa de água e
272
módulos fotovoltaicos; e instalação de tubulações hidráulicas para conexão de
motobomba, caixa de água e sistema de distribuição da água bombeada.
Para a realização das atividades de instalação dos sistemas fotovoltaicos
descritos neste trabalho, impõe-se a utilização de materiais e ferramentas
apropriados para a tecnologia fotovoltaica. As tabelas 28 e 29 mostram uma lista
genérica de materiais e ferramentas normalmente utilizados na instalação de
sistemas fotovoltaicos. Os materiais e ferramentas específicos para cada aplicação
fotovoltaica são mostrados adiante.
Tabela 28: Lista genérica de materiais utilizados na instalação de sistemas fotovoltaicos.
Materiais
Função
Módulos fotovoltaicos
Estrutura de
fotovoltaico
fixação
Converter energia solar em eletricidade. A
associação de módulos fotovoltaicos constitui
um arranjo fotovoltaico.
para
o
arranjo
Prover a sustentação mecânica e a correta
orientação
e
inclinação
do
arranjo
fotovoltaico.
Condutores elétricos
Conectar
eletricamente
os
diversos
componentes de um sistema fotovoltaico.
Conectores elétricos
Prover terminações elétricas compatíveis
com os terminais de entrada e saída dos
diversos componentes de um sistema
fotovoltaico.
Eletrodutos e eletrocalhas
Abrigar os condutores elétricos protegendoos contra as condições ambientais do local da
instalação. Cabos de energia e de sinal não
podem ser instalados no mesmo eletroduto.
Dispositivos de seccionamento e proteção
Possibilitar o desligamento da instalação e
proteger os circuitos elétricos contra sobre
correntes e curtos-circuitos.
Dispositivos de
elétrico (DPS)
Proteger os circuitos elétricos contra tensões
induzidas por descargas atmosféricas.
Proteção
contra
Surto
Barra de equipotencialização
Igualar potenciais de condutores elétricos que
possuem a mesma função, evitando circulação
de correntes elétricas indesejadas e
protegendo as pessoas contra choque elétrico.
Haste de aterramento
Realizar contato elétrico entre partes da
instalação e o solo para garantir o correto
funcionamento do sistema e a segurança das
pessoas.
273
Medidor de energia elétrica
Realiza as medições de energia elétrica. Este
equipamento depende do padrão da
concessionária de energia elétrica local.
Quadros elétricos
Abrigar e proteger os componentes de
seccionamento, proteção, condicionamento
de potência e medição de um sistema
fotovoltaico.
Materiais diversos (pregos, grampos,
roldanas, parafusos, porcas, arruelas, buchas,
prensa-cabos, silicone, abraçadeiras de ferro
e de nylon, vaselina, lixa, limas, escova de
aço, entre outros)
Fixar os componentes de uma instalação em
lugares apropriados. Agrupar feixes de cabos,
finalizar acabamento da instalação. Limpar e
proteger contatos elétricos.
A tabela 29 mostra a lista de materiais específicos para a instalação de
sistemas fotovoltaicos em situações mais particulares.
Tabela 29: Lista específica de materiais para a instalação de sistemas fotovoltaicos.
Materiais elétricos específicos
Conversor de frequência; cabos de sinal blindados para o barramento de dados; transformador;
quadro de transferência; aquisição, armazenagem e envio de dados; computador para conectar
certos aparelhos de monitoramento.
Para os sistemas autônomos deve-se parametrizar o conversor de frequência. Para os sistemas
conectados em minirredes ou rede elétrica convencional o quadro elétrico é o mesmo.
Materiais hidráulicos
Quantidade de tubulação suficiente para levar a água desde a motobomba, instalada no fundo do
poço, passando pela elevação da caixa de água e finalizando com a rede de distribuição de água até
os pontos de entrega. Para dessalinização de água deve-se prever dois reservatórios, um para a
água a ser tratada e outro para o rejeito, além de peças sobressalentes para reposição dos filtros de
particulados e com carvão ativado.
Canos, curvas, luvas e registros de diferentes diâmetros, hidrômetro, caixa de água, bóia, torneiras,
mangueiras, tambor com água para testes na motobomba antes de descê-la ao poço, filtros de
água, fita teflon, cola, lixa, entre outros.
Materiais para obras civis
Cimento, areia, pedra, ferragens, gesso, massa corrida, tinta e verniz para realizar as obras civis e
dar o acabamento final na instalação. Materiais para realizar as atividades de passagem das
tubulações de água e elétrica; instalação da malha de aterramento; montagem da estrutura de
sustentação da caixa de água; perfuração e envelopamento do poço ou construção de outro tipo de
captação de água; construções do abrigo para o quadro elétrico e da cerca para restrição de acesso
às pessoas não autorizadas. Na minirrede, construção da casa de força e da rede de distribuição.
Materiais diversos
Mapas com as curvas de nível do local e com as localizações dos pontos de captação, armazenagem
e distribuição da água; documentação da obra; e cadastro dos prestadores de serviço.
274
Para visualização dos materiais citados nas tabelas anteriores, vejam-se as
fotos mostradas ao longo do texto.
Tabela 30: Lista genérica de ferramentas utilizadas na instalação de sistemas fotovoltaicos.
Ferramentas, instrumentos e acessórios
Descrição
Bússola ou GPS
Verificar a localização do ponto cardeal Norte e
auxiliar na determinação do local da instalação
e no posicionamento do arranjo fotovoltaico.
Medidor de ângulos
Auxiliar na correta instalação do arranjo
fotovoltaico quanto à inclinação.
Multímetro
Medir as tensões, correntes, frequência e
resistências elétricas na instalação fotovoltaica.
Furadeira e brocas de diversos diâmetros
Auxiliar na fixação dos diversos componentes
de uma instalação.
Trena
Medir as distâncias entre os componentes de
uma instalação para especificar a quantidade de
cabos elétricos, entre outros.
Nível
Auxiliar na fixação horizontal e vertical de
quadros elétricos, eletrodutos e estruturas.
Descascador de fio e estilete
Auxiliar na realização de emendas elétricas.
Alicates de corte, de bico e universal
Auxiliar nas tarefas de uso geral.
Tesoura e serra
Cortar e serrar materiais diversos.
Fita isolante e de autofusão
Isolar as emendas elétricas e partes vivas
acessíveis.
Escada ou andaime
Possibilitar os trabalhos em altura.
Chaves de fenda, estrela e torx
Fixar parafusos de diversos tipos.
Chaves de boca e tipo tubo
Fixar parafusos e porcas de diversos tipos.
Chave inglesa e chave grifo
Apertar/afrouxar diversas conexões.
Martelo
Auxiliar na fixação dos diversos componentes e
acessórios do sistema, entre outros.
Escavadeira manual, picareta ou pá
Auxiliar na abertura de buracos no solo para
instalação das estruturas de fixação de
componentes que serão instalados sobre o
terreno.
Marreta, ponteira e talhadeira
Auxiliar na preparação do local da instalação
fotovoltaica, eventualmente é necessário
realizar algum tipo de obra civil.
275
Colher de pedreiro e desempenadeira
Auxiliar no acabamento de uma eventual obra
civil no local da instalação fotovoltaica.
Materiais diversos (máquina fotográfica,
caderno de anotações, manuais de todos os
equipamentos da instalação, caixa de
ferramentas, carrinho de mão, entre outros)
Registrar visualmente as diversas etapas da
instalação do sistema fotovoltaico. Registrar
fisicamente as informações importantes da
instalação. Instalar e programar corretamente
os equipamentos. Abrigar e transportar as
ferramentas e materiais.
Luvas de diferentes tipos, botas apropriadas
para trabalhos envolvendo eletricidade,
óculos de proteção, chapéu, filtro solar,
vestimenta, cinto de segurança e cordas,
materiais de primeiros socorros
Equipamentos de proteção individual, exigidos
pelo Ministério do Trabalho e Emprego (MTE),
que auxiliam na segurança dos trabalhadores.
Atenção especial para trabalhos realizados em
altura, sob Sol intenso e em lugares com
incidência de doenças tropicais.
A Tabela 31 mostra o ferramental específico necessário para a instalação de
sistemas fotovoltaicos para bombeamento e tratamento de água e produção de
gelo.
Tabela 31: Lista específica de ferramentas para a instalação de sistemas fotovoltaicos.
Verificação de temperatura
Câmera termográfica, termômetro e sensores de temperatura.
Infraestrutura de acesso das pessoas e materiais
Infraestrutura para acessar o local do poço com os materiais, as ferramentas e os equipamentos
usados para perfurar o poço e instalar o sistema fotovoltaico de bombeamento.
O transporte deve prever o deslocamento de materiais pesados e de grandes dimensões, como
estruturas de sustentação, módulos fotovoltaicos, caixas de água, tubulações, tambores, entre
outros. Normalmente, a logística de suprimento deve prever a utilização, dependendo de cada
caso, de barcos de médio porte, balsa, caminhão, plataforma elevatória, máquina perfuratriz e de
solda.
A figura 188 mostra as principais ferramentas listadas nas tabelas
precedentes.
276
Figura 188: Instalação de sistemas fotovoltaicos – principais ferramentas.
A figura 189 mostra as principais ferramentas e os instrumentos de medição
imprescindíveis para uso em sistemas fotovoltaicos.
Figura 189: Instalação de sistemas fotovoltaicos – ferramentas e instrumentos.
277
A figura 190 mostra as principais ferramentas para trabalhos envolvendo
água, sejam eles bombeamento ou tratamento.
Figura 190: Instalação de sistemas fotovoltaicos – ferramentas de hidráulica.
A figura 191 mostra as ferramentas usadas para as obras civis requeridas
para as atividades de instalação de sistemas fotovoltaicos.
278
Figura 191: Instalação de sistemas fotovoltaicos – ferramentas de construção civil.
Esta tese mostrou diferentes tipos de sistema fotovoltaico, bem com as
ferramentas, os materiais e os procedimentos utilizados para a sua instalação e
gestão. Com base em tudo que foi dito, pode-se partir para a discussão sobre o
processo de certificação de instaladores para sistemas fotovoltaicos.
O objetivo do INMETRO, ao propor um programa de formação de
instaladores de sistemas fotovoltaicos, é contribuir para a padronização de uma
ementa de conteúdo que contenha saberes essenciais sobre as aplicações
fotovoltaicas. De acordo com os lineamentos propostos pelo GT-FOT28, as
instituições com capacidade para ministrar cursos de formação de instaladores são
as seguintes: Centro de Pesquisas de Energia Elétrica (CEPEL); Centro de
Treinamento da Companhia Energética do Estado de Minas Gerais (CT-CEMIG);
Laboratório de Energia Solar da Universidade Federal de Rio Grande do Sul (LESUFRGS); Grupo de Fontes Alternativas da Universidade Federal de Pernambuco
O Grupo de Trabalho Fotovoltaico (GT-FOT) é composto por universidades, centros de
pesquisa, fabricantes de equipamentos, integradores de sistema e representantes do INMETRO.
Esse grupo discute questões relativas aos testes de conformidade exigidos pelo INMETRO. Um dos
resultados do trabalho desse grupo foi a elaboração da Portaria INMETRO 004/2011.
28
279
(FAE-UFPE); Laboratório de Sistemas Fotovoltaicos do Instituto de Energia e
Ambiente
da
Universidade
de
São
Paulo
(LSF-IEE-USP);
Grupo
de
Desenvolvimento de Alternativas Energéticas da Universidade Federal do Pará
(GEDAE-UFPA); Laboratório de Energia Solar da Universidade Federal de Santa
Catarina (LabSolar-UFSC) e Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul
(PUC-RS).
O candidato à obtenção do certificado de instalador fotovoltaico deve possuir
conhecimentos específicos sobre a instalação, operação e manutenções preventiva
e corretiva. Estes conhecimentos são avaliados por meio de aplicação de provas
teóricas e práticas. Também é averiguada a capacidade do candidato em passar
instruções para auxiliares (montadores). O Manual de Engenharia para Sistemas
Fotovoltaicos é adotado como referencial básico para aferição dos conhecimentos
(GTES, 2014).
O GT-FOT definiu o Centro de Pesquisas de Energia Elétrica (CEPEL-RJ),
pertencente à Eletrobrás, como a instituição responsável pela aplicação das provas.
Para obter o certificado de instalador de sistemas fotovoltaicos de pequeno e
médio porte – habilitação em sistemas energéticos autônomos – o candidato deve
seguir o seguinte caminho:
1. Apresentar solicitação de aspirante ao certificado de instalador
fotovoltaico de sistemas de pequeno e médio porte;
2. Obter aprovação na prova teórica;
3. Obter aprovação na prova prática;
4. Receber o certificado;
5. Incluir seu registro na Associação Brasileira de Empresas de Energias
Renováveis como instalador qualificado.
Nas reuniões do GT-FOT definiram-se as instituições ministrantes e a
avaliadora, mas o conteúdo programático ainda não está definido. O INMETRO está
aguardando as instituições participantes apresentarem suas propostas para, então,
propor ao GT-FOT a definição de um conteúdo oficial, que provavelmente será
formado por uma síntese de todas as ementas apresentadas.
280
Na época de elaboração desse programa pelo GT-FOT, no ano de 2003, as
instalações elétricas que usavam energia solar eram, em sua grande maioria,
sistemas fotovoltaicos domiciliares de pequeno porte. Naquele tempo, as
principais aplicações da energia solar fotovoltaica se limitavam aos sistemas
isolados para eletrificação de residências no meio rural. Nos dias atuais, com todo
o avanço técnico e jurídico que torna mais competitivo o uso da energia solar em
várias situações, inclusive nos centros urbanos, torna-se necessário incluir na
proposta inicial do GT-FOT uma ementa que contemple a certificação de
instaladores para os outros sistemas fotovoltaicos.
Com o propósito de contribuir para a elaboração de um conteúdo
programático que abarque essas novas exigências de capacitação de recursos
humanos, as tabelas a seguir apresentam a proposta do LSF para qualificação de
profissionais.
A tabela 32 mostra uma sugestão de conteúdo programático para ser
utilizada em cursos de nivelamento, antes de se aprofundar em questões
específicas de cada sistema. Isso se faz necessário porque a formação dos
profissionais para atuar nas aplicações de sistemas fotovoltaicos exige
conhecimentos gerais sobre eletricidade, além dos específicos da tecnologia
fotovoltaica.
Tabela 32: Conteúdo programático – nivelamento.
Etapa
Fundamentos
básicos de
eletricidade
Compreensão
do
funcionamento
do sistema
fotovoltaico
Conteúdo programático
1.1. Identificação dos componentes de um sistema fotovoltaico (módulos,
bateria, controlador, inversor, medidor e elementos de proteção) conhecendo
suas principais características e funções.
1.2. Identificação e manipulação de ferramentas para utilizá-las nas atividades
de instalação e manutenção.
1.3. Compreensão das variáveis elétricas tensão, corrente, resistência e
potência.
1.4. Aprendizagem do uso do multímetro principalmente para medir tensão,
corrente, frequência e continuidade.
1.5. Diferenças entre materiais isolantes e condutores.
1.6. Percepção dos perigos ao manipular sistemas com energia elétrica
(choque elétrico) e aprendizagem e aplicação dos procedimentos de
segurança.
2.1. Visão geral do funcionamento de um sistema fotovoltaico domiciliar como
um todo.
2.2. Aprendizagem da função do controlador eletrônico de carga e do inversor
c.c/c.a.
2.3. Manipulação do multímetro medindo os valores da tensão no quadro
elétrico (bateria, módulo fotovoltaico e carga) e nas tomadas e lâmpadas do
281
sistema fotovoltaico domiciliar.
2.4. Identificação e interpretação dos sinais luminosos e sonoros emitidos
pelo controlador de carga e inversor.
2.5. Identificação dos problemas mais simples que aparecem no quadro
elétrico principalmente nos disjuntores, controlador de carga e inversor, e
apresentação das possíveis soluções.
3.1. Realização de atividades relacionadas com a manutenção preventiva
(reposição de água nas baterias, limpeza e orientação dos módulos, desarme
do interruptor diferencial, limpeza do abrigo das baterias e re-aperto nas
conexões de todos os componentes).
3.2. Aprendizagem de como solucionar problemas relacionados com as
lâmpadas, circuito aberto, mau contato, curto-circuito e disjuntor defeituoso.
3.3. Aprendizagem das atividades relacionadas com a troca de equipamentos
do quadro elétrico: disjuntores, controlador de carga e inversor.
3.4. Ensino dos critérios usados para escolher eletrodomésticos de baixo
consumo utilizados nos sistemas fotovoltaicos, ressaltando conceitos como
consumo, potência e durabilidade da bateria.
4.1. Aprendizagem do funcionamento de uma bateria eletroquímica de
chumbo-ácido.
4.2. Aprendizagem de como verificar o estado de carga das baterias, como
fazer sua manutenção preventiva (limpeza de contatos e reposição de água) e
como trocá-las por outras.
5.1. Realização de instalações de sistemas fotovoltaicos domiciliares pelos
próprios alunos.
Manutenção
preventiva e
corretiva
Acumuladores
de energia
elétrica
Treinamento
A tabela 33 mostra uma ementa que aborda os materiais, os componentes e
alguns conhecimentos mais específicos sobre a tecnologia fotovoltaica.
Tabela 33: Conteúdo programático – componentes e sistemas fotovoltaicos.
Etapa
Conceitos básicos
de eletricidade
Introdução e
definições
O módulo
fotovoltaico
Acumuladores
Controladores de
Conteúdo programático
1.1. Conceitos fundamentais: lei de Ohm, potência elétrica, associações
elétricas série e paralelo.
1.2. Acumuladores: descrição, tipos de acumuladores e capacidade em Ah.
1.3. Corrente contínua e corrente alternada.
1.4. Cabos e fios.
1.5. Instrumentos de medição.
2.1. O que é um sistema fotovoltaico?
2.2. Componentes de um sistema fotovoltaico: módulos fotovoltaicos,
acumuladores de chumbo-ácido, controladores de carga, inversores
c.c./c.a., conversores de frequência e equipamentos de uso final.
2.3. Noções de radiação solar.
3.1. Características e tipos de módulos: caixas de conexão, diodo de
bloqueio e diodo de by-pass.
3.2. Interconexão de módulos.
3.3. Estruturas de fixação e suporte.
4.1. Construção.
4.2. Ciclos de carga e descarga.
4.3. Capacidade em Ah e em Wh.
4.4. Comportamento da bateria em uma instalação fotovoltaica.
4.5. Nível de carga.
4.6. Fatores que afetam a tensão.
4.7. Fatores que afetam a capacidade.
4.8. Fatores que afetam a vida útil das baterias.
4.9. Conexão e interligação de baterias.
5.1. Princípio de funcionamento.
282
carga
Inversor c.c./c.a.
Conversor de
frequência
Outros
componentes
Instalação e
manutenção de
sistemas
fotovoltaicos
5.2. Tipos de controladores.
5.3. Verificação dos pontos de desconexão e reconexão de gerador
fotovoltaico e da carga.
6.1. Princípio de funcionamento.
6.2. Inversor c.c./c.a. para sistema isolado.
6.3. Inversor c.c./c.a. para sistema conectado à rede.
6.4. Inversor bidirecional.
7.1. Princípio de funcionamento.
7.2. Explicação do diagrama em blocos do conversor de frequência.
7.3. Explicação dos parâmetros do conversor de frequência.
7.4. Parametrização do conversor de frequência em um sistema real.
7.5. Determinação dos ganhos proporcional, integral e derivativo do
controlador PID do conversor de frequência.
7.6. Montagem de um quadro com conversor de frequência para
bombeamento de água.
7.7. Montagem de um quadro com conversor de frequência para produção
de gelo.
8.1. Medidor de energia de quatro quadrantes.
8.2. Contatoras e relés.
8.3. Fusíveis, elementos de proteção e disjuntores.
8.4. Equipamentos de uso final.
8.5. Aterramento.
9.1. Ações prévias à instalação: preparação do material e logística de
transporte.
9.2. Etapas do processo de montagem: construção e montagem da
estrutura de suporte, montagem dos módulos na estrutura de suporte,
conexão dos módulos, conexão das baterias, transporte e manipulação de
baterias, normas e procedimentos de segurança, montagem dos
equipamentos de controle, quadro elétrico, instalação elétrica, cabos, fios,
interruptores e luminárias.
9.3. Teste operacional da instalação (comissionamento).
9.4. Entrega da instalação (liberação para uso das pessoas).
9.5. Operações de manutenção preventiva e corretiva.
9.6. Localização e reparação de falhas simuladas nos sistemas usados em
aula.
9.7. Segurança elétrica (NR-10).
9.8. Segurança em altura (NR-35).
9.9. Equipamentos de proteção individual e coletiva (EPI e EPC).
A tabela 34 apresenta uma sugestão de ementa de conteúdo para
treinamento de recursos humanos em sistemas híbridos. Esse conteúdo
programático foi elaborado durante o processo de montagem dos dois sistemas
híbridos do LSF.
Tabela 34: Conteúdo programático – sistemas híbridos.
Etapa
Sistemas híbridos
Visão Geral
Conteúdo programático
1.1. Estado da arte.
1.2. Normas técnicas aplicáveis.
1.3 Planejamento.
1.4. Instalação.
1.5. Gestão.
1.6. Monitoramento e controle.
2.1. Geração fotovoltaica.
2.2. Geração diesel.
283
Descrição do
sistema híbrido
Operação em
sistema isolado
Operação
conectada à rede
convencional
Monitoramento e
controle
Gestão da
minirrede
Critérios de
decisão entre
MIGDI e SIGFI
2.3. Condicionamento de potência.
2.4. Armazenamento de energia.
2.5. Cargas utilizadas.
2.6. Instalação elétrica.
2.7. Proteção quanto à falha ou defeito.
3.1. Estabilidade da minirrede.
3.2. Controle de tensão.
3.3. Controle de frequência.
4.1. Fluxo reverso de potência.
4.2. Fator de potência.
4.3. Compensação de reativos.
5.1. Hardware.
Relés e contatoras.
Shunts e sensores.
Fusíveis e disjuntores.
Data logger.
Medidores de energia.
Circuitos de interface.
5.2. Software.
Descrição de funcionamento.
Rotinas implementadas.
Protocolos de comunicação.
Controle de carga.
Controle de despacho.
Análise de transitórios.
6.1. Operação em sistema isolado.
Estratégia para funcionamento do diesel.
Estratégia para controle do estado de carga da bateria.
Estratégia para gerenciamento da carga.
6.2. Operação conectado a rede elétrica.
Estratégia para conexão à rede.
Estratégia para comercialização de energia.
Rotinas de manutenção.
6.3. Treinamento do operador da minirrede.
7.1. Análise sob a perspectiva do desenvolvimento rural integrado.
7.2. SIGFI e a comunidade.
7.3. Minirrede e a comunidade.
7.4. Dados de monitoramento de SIGFIs.
7.5. Dados de monitoramento da minirrede.
7.6. Análise econômico-financeira.
7.7. Simulações e resultados.
7.8. Avaliação das vantagens e desvantagens de cada alternativa.
Como comentado, o GT-FOT ainda não oficializou um conteúdo programático
para formação de instaladores de sistemas fotovoltaicos, espera-se que as ementas
apresentadas possam contribuir para criação de uma política instrutiva no setor.
3.4.3
Pesquisa e desenvolvimento
O trabalho de pesquisa e desenvolvimento é tradicionalmente promovido por
universidades e institutos de pesquisa científica, oferecendo como resultado o
284
aumento do acervo de conhecimentos. A pesquisa que tem como finalidade o
desenvolvimento de uma tecnologia tem seu foco em suas aplicações, com o
objetivo de transformar os resultados em produtos, serviços e processos ou ainda
aplicá-los no contexto ambiental ou social. Esses resultados podem variar de
acordo com o objetivo estratégico da parte envolvida no processo de capacitação
tecnológica, podendo ser lucro, no caso das empresas, ou difusão do conhecimento,
no caso das universidades (ADES, 2013).
O Brasil tem enorme potencial para o desenvolvimento de pesquisas em
energia solar fotovoltaica. Além da real necessidade de expansão e socialização do
acesso à energia elétrica, o país possui 90% das reservas mundiais
economicamente
aproveitáveis
de
Silício,
material
usado
nos
sistemas
fotovoltaicos (CGEE, 2010). Portanto é importante desenvolver uma estratégia
visando elevar a quantidade de profissionais com competências específicas para
realizar pesquisas básicas e aplicadas e difundir os conhecimentos técnicocientíficos
fundamentais
para
promover
o
desenvolvimento
tecnológico
compatível com a realidade nacional.
Os avanços na esfera regulatória na última década criaram condições
favoráveis para a inovação tecnológica na área, no entanto são encontradas muitas
dificuldades para criar ações coordenadas capazes de garantir condições de
estrutura adequadas para promover pesquisas e possibilitar que os resultados
adquiridos não fiquem restritos ao universo acadêmico.
A Unidade de Capacitação Tecnológica surgiu com o objetivo de ser um local
para centralização e difusão do saber e da prática sobre energia solar fotovoltaica,
cumprindo a proposição de disseminar conhecimento e qualificar mão de obra
para a área. As diretrizes da Unidade levam sempre em conta quais são as
principais áreas de pesquisa e desenvolvimento necessárias para o setor, como:
agrupar e disponibilizar os conhecimentos gerados nas atividades de pesquisa
atuando na transferência de conhecimentos; manter cadastro de grupos de
pesquisa capacitados para participar de projetos de pesquisa na área;
disponibilizar ferramentas empregadas no desenvolvimento da tecnologia;
contribuir para a formação de recursos humanos qualificados para atuar em
pesquisa e desenvolvimento; interagir com centros de pesquisa e empresas da área
285
para garantir troca de informações; promover a execução de projetos de P&D e
disponibilizar apoio para captação de recursos; promover acordos de cooperação
com países desenvolvidos em tecnologia fotovoltaica visando atualização
permanente; e definir linhas de pesquisa estratégicas (CGEE, 2010).
Uma das estratégias para a difusão dos resultados obtidos pelas pesquisas
realizadas na Unidade de Capacitação Tecnológica do LSF-IEE-USP é a publicação
de artigos e a apresentação de trabalhos em seminários e congressos acadêmicos,
práticas habituais na academia para transmissão e troca de conhecimento entre
pares. Na modalidade de congressos e encontros nos quais habitualmente o tema é
tratado, identificam-se alguns eventos que vêm recebendo ao longo do tempo os
trabalhos produzidos por pesquisadores brasileiros e estrangeiros que abordam o
tema da energia solar fotovoltaica. São eles Congresso Brasileiro de Energia Solar
(CBENS), Conferência Latino Americana da International Solar Energy Society
(ISES) e Seminários de Difusão, alguns desses transmitidos pela internet.
A escassez de profissionais especialistas pode ser verificada em todas as
esferas de atuação necessárias ao empreendimento fotovoltaico, dessa forma é
preciso qualificar recursos humanos também para pesquisa e desenvolvimento,
contribuindo para que o Brasil alcance os benefícios inquestionáveis que a
tecnologia pode promover para o desenvolvimento sustentável do país. Existem
várias iniciativas isoladas, mas há necessidade de maior integração entre os
centros de pesquisa, empresas e governo, para gerar benefícios competitivos.
As atividades de pesquisa e desenvolvimento estão relacionadas à vocação de
cada grupo de pesquisa. No levantamento realizado nesta tese sobre as
instituições29 que desenvolvem atividades na área de energia solar fotovoltaica no
Brasil, pode-se identificar algumas que possuem resultados concretos em certas
áreas de atuação, tais como: medição da radiação solar; produção de células e
módulos fotovoltaicos; modelos matemáticos e softwares para simulação do
comportamento de módulos fotovoltaicos; ensaios em equipamentos fotovoltaicos;
eletrificação rural por meio de SIGFI e MIGDI; bombeamento de água; tratamento
de água; e produção de gelo.
As instituições pesquisadas foram: INPE, UFPE, PUC-RS, UFRGS, CEPEL, CPqD, UFSC,
GEDAE e LSF.
29
286
Para exemplificar uma atividade de P&D, as fotos da figura 192 mostram um
sistema eletrônico para automatizar testes em controladores de carga e inversores
que está sendo desenvolvido no LSF. Esse sistema foi concebido para tornar mais
eficiente os ensaios de etiquetagem do INMETRO. Um desses ensaios, por exemplo,
tem a duração de cinco horas, o que exige um técnico acompanhando o teste
durante esse período, anotando os valores dos instrumentos de medição,
modificando os valores nas fontes de tensão e corrente e, no final, emitindo o
relatório.
O sistema de automação realiza essas atividades de maneira autônoma. Ele
possui quatro barramentos para comunicação de dados (internet, GPIB, serial RS232 e USB) que possibilitam o envio de comandos para as fontes de tensão e
corrente, a leitura das medições realizadas pelos instrumentos de medição e o
acionamento de contatoras para energizar cargas e polarizar circuitos.
Essa automação da bancada de ensaios evita que o técnico que executa o
teste de etiquetagem tenha que ficar à disposição do ensaio. Em vez disso, ele
realiza a montagem do equipamento a ser testado na bancada automatizada e
observa o andamento do ensaio pela tela de um computador. O sistema armazena
as variáveis no computador e ao final consolida os dados em forma de relatório.
Figura 192: Pesquisa e desenvolvimento – automação de bancada para ensaios.
Outra atividade de pesquisa que está sendo realizada no LSF trata do
desenvolvimento de uma bancada para ensaios em sistemas fotovoltaicos para
bombeamento de água com potências até 10 CV, atualmente a bancada existente
permite ensaios em motobombas até 2 CV. Maiores informações sobre os projetos
287
de P&D nos quais o LSF participa podem ser encontradas na página eletrônica do
laboratório30.
30
A página eletrônica do LSF está disponível em http://lsf.iee.usp.br.
288
Conclusão
O potencial da energia solar fotovoltaica como alternativa efetiva ao uso de
combustíveis fósseis, dentro da matriz energética, já é conhecido. O Brasil é um
país que reúne alguns dos principais ingredientes para essa mudança de
paradigma energético: boa radiação solar, abundância de Silício, pesquisas e
estudos avançados sobre o tema e a real necessidade de diversificar a matriz
elétrica.
Apesar do pouco investimento governamental para que haja essa virada no
mercado energético, o interesse pela energia solar cresceu no país. Empresas,
institutos e universidades, amparados por uma nova base legal e regimental,
passaram a investir nesta tecnologia e a expandir os seus usos. Se antes a energia
solar era comum em regiões remotas, para uso rural, hoje já não é tão raro
encontrar diferentes aplicações nos centros urbanos.
Esse aumento na demanda trouxe à tona um gargalo do sistema: a falta de
mão de obra qualificada para atuar nas diversas etapas de um processo de
eletrificação com energia solar fotovoltaica. Muitas experiências mostraram que a
má instalação, falta de manutenção correta ou até mesmo erros na disseminação
do conhecimento sobre o tema trouxeram grandes prejuízos para que a tecnologia
se tornasse mais acessível e recebesse mais investimentos.
Existem diversos trabalhos que apontam para a necessidade de investimento
em qualificação de recursos humanos para a efetivação do uso de sistemas
fotovoltaicos no país. A partir da leitura desses trabalhos, percebe-se que enquanto
houver tal empecilho, que dificulta a difusão de sistemas fotovoltaicos, não haverá
interesse financeiro na produção de matéria prima e de módulos por parte de
empresas privadas, uma vez que não existe ainda mercado consumidor.
Este trabalho foi feito dentro deste contexto e, recorrendo às experiências de
qualificação de recursos humanos acumuladas em mais de 18 anos de atuação do
Laboratório de Sistemas Fotovoltaicos do Instituto de Energia e Ambiente da
Universidade de São Paulo (LSF-IEE-USP), dispõe-se a aprofundar as discussões
sobre as metodologias utilizadas para capacitação profissional e socialização do
conhecimento produzido nas instituições de pesquisa. Outro apontamento desta
289
tese é a necessidade da padronização de procedimentos e das normas para
instalação e manutenção dos sistemas fotovoltaicos.
A hipótese de que o estabelecimento de estrutura laboratorial para
qualificação de recursos humanos e a socialização de procedimentos técnicos
padronizados são instrumentos que potencializam a difusão das aplicações
fotovoltaicas foi confirmada. No entanto, é preciso esclarecer alguns pontos. O
primeiro refere-se à estrutura laboratorial do LSF, que da forma como se encontra
atualmente é difícil de ser replicada. Nesse sentido, cabe lembrar de sua criação,
em 1995, quando contava apenas com infraestrutura básica, ferramentas
essenciais e o esforço de pessoas. Logo, uma expectativa desta tese é esclarecer
que o mais importante quando se pensa em capacitação de estrutura laboratorial e
qualificação de profissionais em energia solar fotovoltaica são os recursos
humanos.
Os maiores responsáveis pela efetivação dos sistemas fotovoltaicos do LSF
foram os pesquisadores e profissionais que contribuíram com seus trabalhos, que
resultaram em 9 teses de doutorado; 20 dissertações de mestrado; participação em
grupos da ABNT, INMETRO, ABINEE, entre outros; energização de comunidades
isoladas, com transferência de tecnologia para os usuários; centenas de visitas
guiadas; mais de 300 relatórios técnicos emitidos, dos quais aproximadamente
uma centena com acreditação ISO/IEC 17025; relatórios de viagens; participação
em seminários de difusão com governos, empresas e demais interessados;
informações disponibilizadas na página da internet; entre outras formas de
divulgação da energia solar fotovoltaica.
Para que haja uma efetiva qualificação profissional é necessária uma
estrutura laboratorial mínima, de acordo com o campo de atuação profissional. O
fato de que a tese pôde utilizar os conhecimentos científicos, técnicos e didáticos,
acumulados ao longo de anos por diferentes pesquisas na Unidade, para
compartilhar informações sobre como qualificar os profissionais requeridos para
atuarem nas diversas etapas de implementação de projetos (planejamento,
instalação e gestão dos sistemas) contribui na medida em que o aprendizado se
torna mais eficiente quando são utilizados sistemas fotovoltaicos reais no processo
290
de treinamento das equipes técnicas, com protótipos idênticos aos utilizados em
campo em iniciativas de eletrificação.
A função da Unidade de Capacitação, tratada por este trabalho, é de produzir
conhecimento técnico para que seja possível a padronização de procedimentos, de
usos de equipamentos e de trabalho, dentro da área de energia solar fotovoltaica.
As experiências adquiridas nos laboratórios, nos diversos ensaios e testes
realizados, demonstram que para que o setor se torne relevante dentro da matriz
energética brasileira é necessário algum tipo de padronização e fiscalização. Esta
tese difundiu o conhecimento produzido por anos de experiência, em um ambiente
estruturado, com profissionais capacitados.
A compilação de procedimentos, ferramental e requisitos mínimos que um
profissional deve possuir para atuar na área de sistemas fotovoltaicos é uma forma
de levar os conhecimentos produzidos na academia para diversos contextos
escolares e profissionais, contribuindo na elaboração e no oferecimento de cursos
técnicos e profissionais com propostas de qualidade, que possam contribuir com a
disseminação da energia fotovoltaica e com as políticas de qualificação profissional
do país. Os kits apresentados nesta tese como instrumento de capacitação
mostraram-se boas ferramentas pedagógicas, que podem ser reproduzidos em
unidades móveis, como as existentes no SENAI e no Centro Paula Souza.
Como desdobramentos resultantes desta tese para a sociedade pode-se citar
as tratativas que se iniciaram com o Centro Paula Souza, responsável pela
administração das Escolas Técnicas Estaduais (ETEC), para inclusão do conteúdo
curricular apresentado nesta tese ao ementário do Curso Técnico de Eletrotécnica.
O curso técnico em eletrotécnica contém os conhecimentos necessários para
instalação de sistemas fotovoltaicos, a inclusão de alguns conteúdos em seu
ementário e de aulas práticas com sistemas fotovoltaicos contemplaria os
conhecimentos necessários para qualificar profissionais em energia solar
fotovoltaica. Além disso, o LSF-IEE-USP está assessorando o SENAI do Rio Grande
do Norte, por intermédio do CT-Gás e Energias Renováveis, na estruturação
laboratorial para a realização de ensaios em componentes fotovoltaicos em
ambiente acreditado pela norma ISO/IEC 17025.
291
As contribuições para a infraestrutura laboratorial do LSF-IEE-USP
desenvolvidas durante este trabalho de tese foram as instalações de dois sistemas
híbridos para geração de energia do tipo fotovoltaico-diesel-rede elétrica, um
monofásico e outro trifásico. Essas minirredes são uma boa ferramenta didática
para capacitar recursos humanos aptos a atuar na instalação de uma grande
variedade de sistemas fotovoltaicos. Os aprendizados obtidos durante o processo
de concepção, montagem e comissionamento desses sistemas possibilitaram a
criação de uma ementa de conteúdos para qualificação profissional em sistemas
híbridos. Pôde-se constatar que os conhecimentos exigidos para o projeto e
instalação desse tipo de sistema são os mais amplos dentre os sistemas
fotovoltaicos apresentados nesta tese.
A capacitação de planejadores de iniciativas de eletrificação fotovoltaica em
comunidades isoladas deve abranger questões de logística, comunicação social e
conhecimento dos recursos disponíveis no entorno das comunidades beneficiadas.
Nesse sentido, a experiência de institutos que desenvolvem pesquisas de campo é
muito útil, pois a partir dela é possível sistematizar procedimentos essenciais.
Ficou demonstrado que a Unidade de Capacitação Tecnológica, instalada no
LSF-IEE-USP e descrita nesta tese, exerceu dois papéis igualmente importantes: a)
exemplo de local de ensino e extensão e b) padrão estrutural/laboratorial a ser
seguido para fins de acreditação junto a organismos metrológicos.
Faz parte do conhecimento reunido e transmitido nesta tese o aprendizado
de que a Universidade, em especial a pública, tem o dever de retribuir para a
sociedade todo o investimento que é feito nela. Ficou atestado que o Laboratório
de Sistemas Fotovoltaicos do Instituto de Energia e Ambiente da Universidade de
São Paulo entrega benefícios para a sociedade brasileira: laboratórios equipados
para realizar testes, ensaios e pesquisas; e professores capacitados para ensinar
novas habilidades e aumentar o repertório de profissionais. Além disso,
transformar a vida de comunidades em trabalhos de extensão para melhoria de
qualidade de vida e de renda é uma das mais significativas formas de retribuição.
Algo que o LSF-IEE-USP tem feito ao longo de quase duas décadas.
O que se pretendeu ao trazer os resultados obtidos pelo Laboratório e pela
Unidade de Capacitação, que estão reproduzidos nesta tese, é ser mais uma peça na
292
consolidação da energia solar fotovoltaica como uma alternativa eficaz e confiável
ao cenário energético que se impõe no Brasil hoje. A energia solar fotovoltaica tem
o potencial de se tornar a mais democrática e acessível de todas as fontes, esperase que se esse trabalho contribua para que isso se torne realidade.
293
Referências bibliográficas
ABINEE. Propostas para inserção da energia solar fotovoltaica na matriz
elétrica brasileira. Associação Brasileira da Indústria Elétrica e Eletrônica, São
Paulo, 2012.
ABNT. NBR 5410 – Instalações elétricas de baixa tensão. Associação Brasileira
de Normas Técnicas, Rio de Janeiro, 1997.
ABNT. NBR 17025 – Requerimentos gerais para laboratórios de ensaio e
calibração. Associação Brasileira de Normas Técnicas, Rio de Janeiro, 2005.
ABNT. NBR 62116 – Procedimento de ensaio de anti-ilhamento para
inversores de sistemas fotovoltaicos conectados à rede elétrica. Associação
Brasileira de Normas Técnicas, Rio de Janeiro, 2012.
ABNT. NBR 16149 – Sistemas fotovoltaicos (FV) – características da interface
de conexão com a rede elétrica de distribuição. Associação Brasileira de
Normas Técnicas, Rio de Janeiro, 2013.
ABNT. NBR 16150 – Sistemas fotovoltaicos (FV) — características da interface
de conexão com a rede elétrica de distribuição: procedimento de ensaio de
conformidade. Associação Brasileira de Normas Técnicas, Rio de Janeiro, 2013.
ADES, C. Modelo de difusão da inovação para instituto de pesquisa no Brasil.
Faculdade de Economia, Administração e Contabilidade/USP. Tese de doutorado,
2013.
ALMEIDA, M. P. Qualificação de sistemas fotovoltaicos conectados à rede.
Programa de Pós-Graduação em Energia/USP. Dissertação de mestrado, São Paulo,
2012.
ANEEL. Resolução Normativa ANEEL 482/2012. Diário Oficial, Brasília, 2012.
ANEEL. Resolução Normativa ANEEL 493/2012. Diário Oficial, Brasília, 2012.
ANEEL. PRODIST – Procedimentos de distribuição de energia elétrica no
sistema elétrico nacional. Agência Nacional de Energia Elétrica, Brasília, 2012.
BOUDENOT, J. C., Histoire de la physique et des physiciens. Editora Ellipses,
Paris, França, 2001.
294
BRITO, A. U.; ZILLES, R. Conversores de frequência, uma solução para diminuir a
dependência aos equipamentos importados em aplicações de bombeamento
fotovoltaico. CD-ROM do IV Congresso Brasileiro de Planejamento Energético,
Itajubá, 2004.
BRITO, A. U.; ZILLES, R. Systematized Procedure for Parameter Characterization of
a Variable-speed Drive Used in Photovoltaic Pumping Applications. Progress in
Photovoltaics: Research and Applications, V.14, n.3, p.249-260, 2006.
BRITO, A. U.; FEDRIZZI, M. C.; ZILLES, R. PV Pumping Systems: A Useful Tool to
Check Operational Performance. Progress in Photovoltaics: Research and
Applications.
Published
online
in
Wiley
InterScience
(www.interscience.wiley.com). DOI:10.1002/pip.710, 2006.
BRITO, A. U. Otimização do acoplamento de geradores fotovoltaicos a motores
de corrente alternada através de conversores de frequência comerciais para
acionar bombas centrífugas. Programa Interunidades de Pós-Graduação em
Energia/USP. Tese de doutorado, 2006.
CASTELLS, M. A sociedade em rede. Editora Paz e Terra, 7ª edição, São Paulo,
1999.
CGEE. Energia solar fotovoltaica no Brasil: subsídios para tomada de decisão.
Centro de Gestão e Estudos Estratégicos, serie documentos técnicos 2, Brasília,
2010.
CONAMA. Resolução CONAMA 401/2008. Conselho Nacional do Meio Ambiente,
Brasília, 2008.
DOU. Lei 10.438/2002. Diário Oficial da União, Brasília, 2002.
DOU. Lei 11.445/2007. Diário Oficial da União, Brasília, 2007.
DRIEMEIER, C.; ZILLES, R. Six-element circuit for maximum power point tracking
in photovoltaic-motor systems with variable-frequency drives. Progress in
Photovoltaics: Research and Applications. Published online in Wiley InterScience
(www.interscience.wiley.com). DOI: 10.1002/pip.949, 2010.
DRIEMEIER, C.; ZILLES, R. An ice machine adapted into an autonomous
photovoltaic system without batteries using a variable-speed drive. Progress in
295
Photovoltaics: Research and Applications. Published online in Wiley
InterScience (www.interscience.wiley.com). DOI: 10.1002/pip.960, 2010.
EPIA. Global market outlook 2013-2017 for photovoltaics. European
Photovoltaic Industry Association, 2013.
FEDRIZZI, M. C. Fornecimento de água com sistemas de bombeamento
fotovoltaicos: dimensionamento simplificado e análise de competitividade
para sistemas de pequeno porte. Programa Interunidades de Pós-Graduação em
Energia/USP. Dissertação de mestrado, 1997.
FEDRIZZI, M. C.; SAUER, I. L. Simple and useful instrumentation to determine the
performance of PV pumping systems in the field. Proceedings of 17th European
Photovoltaic Energy Conference, Munique, 2001.
FEDRIZZI, M. C. Sistemas fotovoltaicos de abastecimento de água para uso
comunitário: lições apreendidas e procedimentos para potencializar sua
difusão. Programa Interunidades de Pós-Graduação em Energia/USP. Tese de
doutorado, 2003.
FUNASA. Impactos na saúde e no sistema único de saúde decorrentes de
agravos relacionados a um saneamento ambiental inadequado. Fundação
Nacional de Saúde, Brasília, 2010.
GREENPEACE. Revolução energética: a caminho do desenvolvimento limpo.
Greenpeace Internacional. Conselho Europeu de Energia Renovável, 2010.
GTES. Manual de engenharia para sistemas fotovoltaicos. Grupo de Trabalho de
Energia Solar, Rio de Janeiro, 2014.
IDEAL. Pesquisa de cursos de capacitação para a área fotovoltaica no Brasil.
Instituto para o Desenvolvimentos das Energias Alternativas na América Latina.
Disponível em: <http://www.americadosol.org>. Acesso em 15/12/2013.
IEI. Sistemas fotovoltaicos conectados à rede elétrica no Brasil: panorama da
atual legislação. International Energy Initiative, 2009.
INMETRO. Qualificação de instaladores de sistemas fotovoltaicos. Instituto
Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia, Programa Brasileiro de
Etiquetagem, 2003.
296
INMETRO. Portaria INMETRO 243/2009. Instituto Nacional de Metrologia,
Qualidade e Tecnologia, Brasília, 2009.
INMETRO. Portaria INMETRO 004/2011. Instituto Nacional de Metrologia,
Qualidade e Tecnologia, Brasília, 2011.
LORENZO, E. Electricidad solar – ingeniería de los sistemas fotovoltaicos.
Universidad Politécnica de Madrid, 1ª edição, Madrid, 1994.
LORENZO, E. P.; POZA, F. S.; FEDRIZZI; M. C.; ZILLES, R.; AANDAM, M.; ZAOUI, S.
Boas práticas na implantação de sistemas de bombeamento fotovoltaico. Ed.
Instituto de Energía Solar - Universidad Politécnica de Madrid, Espanha, 2005.
LUQUE, A.; HEGEDUS, S. Handbook of photovoltaic science and engineering.
Wiley, 1ª edição, Inglaterra, 2003.
MACÊDO, W. N. Estudo de sistemas de geração de eletricidade utilizando as
energias solar fotovoltaica e eólica. Dissertação de Mestrado. UFPA, Belém,
2002.
MACÊDO, W. N. Análise do fator de dimensionamento do inversor aplicado à
sistemas fotovoltaicos conectados à rede. Programa Interunidades de PósGraduação em Energia/USP. Tese de doutorado, 2006.
MACIEL, W. J. Astronomia e astrofísica. IAG/USP, São Paulo, 1991.
MARCUSE, H. Algumas implicações sociais da tecnologia moderna. In: MARCUSE, H.
(Org. KELLNER, D.) Tecnologia, guerra e fascismo. São Paulo: Unesp, 1999. p. 73104.
MME. Guia de revitalização e capacitação do PRODEEM. Ministério de Minas e
Energia, Brasília, 2004.
MOCELIN, A. R.; ZILLES, R.; MORANTE, F. Instalações fotovoltaicas domiciliares em
comunidades que possuem geradores a diesel. XI Congresso Brasileiro de
Energia, v. 1. p. 363-374, Rio de Janeiro, 2006.
MOCELIN, A. R. Implantação e gestão de sistemas fotovoltaicos domiciliares:
resultados operacionais de um projeto piloto de aplicação da resolução
ANEEL No 83/2004. Programa Interunidades de Pós-Graduação em Energia/USP.
Dissertação de mestrado, 2007.
297
MOCELIN, A. R.; ZILLES, R.; MORANTE, F. Programa brasileiro de etiquetagem de
equipamentos fotovoltaicos: controladores de carga e inversores c.c./c.a. XXXII
Reunión de Trabajo de La Asociación Argentina de Energías Renovables y
Ambiente e XVIII Encuentro Asociación Internacional para la Educación en
Energía Solar, ASADES, Río Cuarto, Argentina, 2009.
MOCELIN, A. R.; ZILLES, R; NOVGORODCEV, A. Programa brasileiro de
etiquetagem: a utilização do simulador solar do IEE/USP na qualificação de
módulos fotovoltaicos. Revista Brasileira de Energia Solar, v. 1, Porto Alegre,
2011.
MOCELIN, A. R.; ZILLES, R. Unidade de capacitação e difusão de minirredes
fotovoltaica-bateria-diesel-rede elétrica. IV Congresso Brasileiro de Energia
Solar e V Conferencia Latino-Americana da ISES, São Paulo, 2012.
MORALES, L. R. V.; MOCELIN, A. R.; ZILLES, R. Estado dos sistemas fotovoltaicos
domiciliares instalados em uma comunidade ribeirinha amazônica após seis anos e
meio de operação. IV Congresso Brasileiro de Energia Solar e V Conferencia
Latino-Americana da ISES, São Paulo, 2012.
MORANTE, F. B. T. Demanda de energia elétrica e desenvolvimento
socioeconômico : o caso das comunidades rurais eletrificadas com sistemas
fotovoltaicos. Programa Interunidades de Pós-Graduação em Energia/USP. Tese
de doutorado, 2004.
MORANTE, F. B. T.; MOCELIN, A. R.; ZILLES, R. Capacitación y transferencia
tecnológica: su importancia en la sostenibilidad de los proyectos basados en la
tecnología solar fotovoltaica. II Conferencia Regional Latinoamericana de la
International Solar Energy Society, Buenos Aires, Argentina, 2006.
MTE. Plano Nacional de Qualificação. Ministério do Trabalho e Emprego,
Brasília, 2003.
MTE. Portaria GM 598/2004 – Instalações e serviços em eletricidade.
Ministério do Trabalho e Emprego, Diário Oficial da União, 2004.
MTE. Portaria SIT 313/2012 – Trabalho em altura. Ministério do Trabalho e
Emprego, Diário Oficial da União, 2012.
298
OLIVEIRA, S. H. F. Geração distribuída de eletricidade: inserção de edificações
fotovoltaicas conectadas à rede no Estado de São Paulo. Programa Interunidades
de Pós-Graduação em Energia/USP. Tese de doutorado, 2002.
OSIKA, O. Large Scale Integration of Micro-Generation to Low Voltage Grids –
Work Package H: Impact on the Development of Electricity Infrastructures
(expansion Planning) – Description of the laboratory micro grids. European
Commission, 2005.
PINHO, J. T. Sistemas híbridos – soluções energéticas para a Amazônia.
Brasília: Ministério de Minas e Energia, 2008.
PINTO NETO, A. F. C.; ALMEIDA, M. P.; MOCELIN, A. R.; ZILLES, R. Kit de
demonstração da conexão e operação de sistemas fotovoltaicos conectados à rede.
III Congresso Brasileiro de Energia Solar, Belém, 2010.
PINTO NETO, A. F. C. Qualificação e etiquetagem de inversores para sistemas
fotovoltaicos conectados à rede. Programa de Pós-Graduação em Energia/USP.
Dissertação de mestrado, 2012.
ROSA, D. J. M. Sistemas fotovoltaicos domiciliares de dessalinização de água
para consumo humano: um estudo de sua viabilidade e configurações.
Programa Interunidades de Pós-Graduação em Energia/USP. Tese de doutorado,
2013.
ROVERE, E. L. A Carta do Sol - subsídios para o planejamento da promoção da
energia solar fotovoltaica no Brasil. Laboratório Interdisciplinar de Meio
Ambiente – PPE/COPPE/UFRJ, Rio de Janeiro, 2011.
SANTOS, R. R. Procedimentos para eletrificação rural fotovoltaica domiciliar
no Brasil: uma contribuição a partir de observações de campo. Programa
Interunidades de Pós-Graduação em Energia/USP. Tese de doutorado, 2002.
SERPA, P. M. N. Eletrificação fotovoltaica em comunidades caiçaras e seus
impactos socioculturais. Programa Interunidades de Pós-Graduação em
Energia/USP. Tese de doutorado, 2001.
SUETA, H. E.; MOCELIN, A. R.; ZILLES, R.; OBASE, P. F.; BOEMEISEL, E. Protection of
photovoltaic systems against lightning: experimental verifications and techno-
299
economic analysis of protection. XII SIPDA – International Symposium on
Lightning Protection, Belo Horizonte, 2013.
TAYLOR, N. Guidelines for PV power measurement in industry. JRC Scientific
and Technical Reports, Joint Research Centre - European Commission, Itália, 2010.
TCU. Avaliação do Tribunal de Contas da União sobre o programa energia das
pequenas comunidades. Editora do TCU - Série sumários executivos, Brasília,
2003.
TIBA, C.; FRAIDENRAICH, N.; BARBOSA, E. M. S. Instalação de sistemas
fotovoltaicos para residências rurais e bombeamento de água. Editora
universitária da UFPE, Recife, 1999.
TIBA, C. Atlas solarimétrico do Brasil: banco de dados terrestres. Editora
Universitária da UFPE, Recife, 2000.
ZILLES, R.; MOCELIN, A.; MORANTE, F. Programa brasileiro de formação e
certificação de instaladores de sistemas fotovoltaicos de pequeno e médio porte.
XXXII Reunión de Trabajo de La Asociación Argentina de Energías
Renovables y Ambiente e XVIII Encuentro Asociación Internacional para la
Educación en Energía Solar, ASADES, Río Cuarto, Argentina, 2009.
ZILLES, R.; MACÊDO, W. N.; GALHARDO, M. A. B; OLIVEIRA, S. H. F. Sistemas
fotovoltaicos conectados à rede elétrica. Editora Oficina de Textos, coleção
aplicações da energia solar fotovoltaica, São Paulo, 2012.